Kevin Stacey, Brown Universiteti

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriBükülmüş çevik PSC-lərdə substratın çatlaması. Kredit: npj Flexible Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41528-025-00470-z

Sağlamlıq monitorlarından və ağıllı saatlardan qatlanan telefonlara və portativ günəş panellərinə qədər, elastik elektronikaya tələbat sürətlə artır. Lakin bu cihazların davamlılığı – onların minlərlə bükülməyə, əyilməyə və yuvarlanmağa tab gətirmə qabiliyyəti – əhəmiyyətli bir narahatlıqdır.

Braun Universitetinin mühəndisləri tərəfindən aparılan yeni araşdırmalar çox qatlı çevik elektron cihazlarda çatların necə əmələ gəlməsi ilə bağlı təəccüblü təfərrüatları ortaya çıxarıb. Komanda göstərir ki, cihazın kövrək elektrod təbəqəsindəki kiçik çatlar elektrodların oturduğu daha sərt polimer substrat təbəqəsinə daha dərin, daha dağıdıcı çatlaqlar vura bilər. İş polimer substratların adətən çatlamağa müqavimət göstərdiyi barədə uzun müddətdir mövcud olan fərziyyəni alt-üst edir.

Brown-da mühəndislik professoru və npj Flexible Electronics- də nəşr olunan tədqiqatın müvafiq müəllifi Nitin Padture deyir : ” Çevik elektron cihazlardakı substrat bir az evinizdəki təməl kimidir”. “Əgər o, çatlamışsa, o, bütün cihazın mexaniki bütövlüyünü pozur. Bu, cihazın alt qatında onun üzərindəki kövrək filmin yaratdığı çatlamanın ilk açıq sübutudur.”

Çevik elektronikada istifadə olunan təbəqələr xüsusi işlərə malikdir. Üst təbəqə cihazın işləməsini təmin etmək üçün səth boyunca elektrik cərəyanını keçirir. Bu təbəqə adətən xüsusi keramika oksidi materiallarından hazırlanır, çünki onlar şəffafdır və həmçinin ekran ekranları, sensorlar və günəş batareyaları kimi şeylər üçün vacib olan yaxşı keçiricidirlər . Lakin keramika kövrəkdir və çatlamağa meyllidir, buna görə də substratın işi bir az sərtlik əlavə etməkdir. Substratlar ümumiyyətlə yüksək çevik olan və çatlamağa davamlı olan polimer materiallardan hazırlanır .

Bu materiallardan çevik günəş batareyaları hazırlamaq üçün istifadə edərkən, işi Ph.D olaraq yerinə yetirən Brown-da postdoktoral tədqiqatçı Anuş Ranka. materialşünaslıq tələbəsi, yorğunluğun performansı aşağı sala biləcəyi mexanizmlə getdikcə daha çox maraqlandı. O, krekinq proseslərinə daha yaxından baxmaq qərarına gəlib.

Tədqiqat üçün Ranka müxtəlif növ keramika elektrodları və polimer substratlardan istifadə edərək kiçik eksperimental cihazlar hazırladı. Sonra onları əyilmə testlərindən keçirdi və çatları yoxlamaq üçün güclü elektron mikroskopdan istifadə etdi. Keramika təbəqəsində çatlar tapdığı yerlərdə o, keramikanı silmək və birbaşa keramika çatının altındakı substratı aşkar etmək üçün fokuslanmış ion şüasından – bir növ nanoölçülü qumdaşıyıcıdan istifadə etdi.

İş göstərdi ki, keramika təbəqəsindəki çatlar tez-tez substratda daha dərin çatlar əmələ gətirir. Effekt keramika və polimer birləşmələrində baş verdi və bunun çevik elektronikada ümumi və təəccüblü bir uğursuzluq mexanizmi olduğunu göstərir .

Tədqiqatçılar polimerin dərinliklərində çatlar əmələ gəldikdən sonra onlar daimi struktur qüsurlarına çevrilirlər. Təkrar əyilmə ilə bu çatlar genişlənir, yanlış hizalanır və ya zibillə doldurulur, bu da keramika çatlarının üzlərinin yenidən birləşməsinin qarşısını alır. Bu, elektrik müqavimətinin artmasına və cihazın performansının pisləşməsinə səbəb olur.Mikroskop şəkli çevik elektron cihazın keramika üst qatında əmələ gələn çatların altındakı polimer substrata necə dərindən nüfuz edə biləcəyini göstərir. Substrat çatlarını minimuma endirmək daha davamlı çevik elektronikanı təmin edəcəkdir. Kredit: Brown Universiteti

Nəzəri və tətbiqi mexanika üzrə ixtisaslaşan Brown mühəndisliyi professoru Haneesh Kesari və bərk mexanika üzrə fəlsəfə doktoru. Tələbə Sayaka Kochiyama, tədqiqatçılar bu çatlama problemini təhlil etdi. Onlar göstərdilər ki, iki təbəqənin elastik xüsusiyyətlərindəki uyğunsuzluq substratda dərin krekinq fenomeninə səbəb olur. Çatlama mexanizmini başa düşmək komandanı potensial düzəliş yoluna apardı: keramika və substrat arasında elastik uyğunsuzluğu azaldan üçüncü material qatının əlavə edilməsi.

Braunun Dayanıqlı Enerji Təşəbbüsünə rəhbərlik edən Padture dedi: “Biz düzgün qalınlıqla bu elastik uyğunsuzluğu potensial olaraq azalda və elektrod- substrat birləşmələrinin geniş diapazonunda çatların qarşısını ala bilən yüzlərlə polimeri müəyyən edən dizayn xəritəsi yaratdıq “. “Bu dizayn xəritəsindən istifadə edərək biz üçüncü təbəqə üçün xüsusi polimer seçə bildik və yanaşmamızın mümkünlüyünü eksperimental olaraq nümayiş etdirə bildik”.

Tədqiqatçılar ümid edirlər ki, dizayn diaqramı daha davamlı qurğular yaradacaq. Bununla belə, çatların həqiqətən polimer substratlara təsir etdiyini kəşf etmək eyni dərəcədə vacibdir – bu araşdırmadan əvvəl aydın olmayan bir fakt.

“Biz mahiyyətcə insanların bilmədikləri problemi həll edirik” dedi Padture. “Biz hesab edirik ki, bu, çevik cihazların dövri ömrünü əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.”

Daha çox məlumat: Anush Ranka et al, Çevik elektron cihazlar üçün polimer substratlarda krekinq və onun yumşaldılması, npj Flexible Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41528-025-00470-z

Jurnal məlumatı: npj Flexible Electronics Brown Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir