Cấu trúc vi mô silicone có thể kích hoạt các thiết bị điện

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp dựa trên tia laser, một bước để tạo ra các vi cấu trúc lai nhỏ, chính xác của bạc và silicone dẻo. Trong tương lai, công nghệ xử lý laser đột phá này có thể cho phép các nhà máy thông minh sử dụng một dây chuyền sản xuất để sản xuất hàng loạt các thiết bị tùy chỉnh kết hợp vật liệu mềm như mô được chế tạo với vật liệu cứng bổ sung các chức năng như cảm biến glucose.

Thành phần kim loại của các cấu trúc vi mô khiến chúng dẫn điện trong khi silicone đàn hồi tạo nên tính linh hoạt. Sự kết hợp đặc tính độc đáo này làm cho các cấu trúc nhạy cảm với lực cơ học và có thể hữu ích để chế tạo các loại thiết bị quang và điện mới.

Trưởng nhóm nghiên cứu Mitsuhiro Terakawa đến từ Đại học Keio, Nhật Bản cho biết: “Những loại cấu trúc vi mô này có thể được sử dụng để đo các chuyển động hoặc thay đổi rất nhỏ, chẳng hạn như chuyển động nhẹ từ cơ thể côn trùng hoặc biểu hiện tinh tế do cơ mặt của con người tạo ra”. “Thông tin này có thể được sử dụng để tạo ra các phiên bản hoàn hảo do máy tính tạo ra của những chuyển động này.”

Như đã trình bày chi tiết trên tạp chí Optical Materials Express, từ The Optical Society (OSA), các nhà nghiên cứu đã tạo ra các cấu trúc giống như dây bằng bạc được bao quanh bởi một loại silicone được gọi là polydimethylsiloxane (PDMS). Các nhà nghiên cứu đã sử dụng PDMS vì nó linh hoạt và tương thích sinh học, có nghĩa là nó an toàn hơn khi sử dụng trên hoặc trong cơ thể.

Họ đã chế tạo các cấu trúc, có chiều rộng chỉ 25 micron, bằng cách chiếu xạ hỗn hợp PDMS và ion bạc với các xung laser cực ngắn kéo dài chỉ bằng femto giây. Trong một femto giây, ánh sáng chỉ truyền đi 300 nanomet, chỉ lớn hơn một chút so với vi khuẩn nhỏ nhất.

Phương pháp chế tạo một bước được sử dụng để tạo ra các vi cấu trúc lai kết hợp các phản ứng hóa học dựa trên ánh sáng được gọi là phản ứng quang tạo và cảm ứng quang, cả hai đều được tạo ra bằng cách sử dụng xung laser femto giây. Phản ứng quang phân tử sử dụng ánh sáng để làm cứng polyme và phản ứng quang học sử dụng ánh sáng để hình thành các vi cấu trúc và cấu trúc nano từ các ion kim loại.

Kỹ thuật chế tạo là kết quả của sự hợp tác giữa nhóm nghiên cứu của Terakawa, nhóm đang nghiên cứu sự hấp thụ quang hai photon bằng cách sử dụng vật liệu mềm và một nhóm tại tổ chức nghiên cứu Đức Laser Zentrum Hannover, đã cải tiến quá trình quang tạo quang đơn photon của PDMS.

Để tạo ra các vi cấu trúc dây, các nhà nghiên cứu đã chiếu xạ hỗn hợp PDMS-bạc với ánh sáng từ tia laser femto giây phát ra ở bước sóng 522-nm, một bước sóng tương tác hiệu quả với hỗn hợp vật liệu. Họ cũng lựa chọn cẩn thận các ion bạc có thể kết hợp tốt với PDMS.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chỉ cần một lần quét laser đã tạo thành các sợi dây thể hiện cả tính dẫn điện của kim loại và tính đàn hồi của polyme. Các lần quét bổ sung có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc dày hơn và đồng đều hơn. Họ cũng chỉ ra rằng các cấu trúc dây phản ứng với lực cơ học bằng cách thổi không khí qua các cấu trúc để tạo ra một áp suất 3 kilopascal.

Các nhà nghiên cứu nói rằng, ngoài việc tạo ra các cấu trúc dây điện, phương pháp này có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc kim loại-silicone 3D cực nhỏ. Bước tiếp theo, họ dự định nghiên cứu xem liệu các dây được chế tạo có duy trì cấu trúc và đặc tính của chúng theo thời gian hay không.

Terakawa cho biết: “Công trình của chúng tôi chứng minh rằng đồng thời tạo ra cảm ứng quang dẫn và quang phân tử là một phương pháp đầy hứa hẹn để chế tạo các vi cấu trúc đàn hồi và dẫn điện. “Đây là một bước hướng tới mục tiêu dài hạn phát triển một nhà máy thông minh để chế tạo nhiều thiết bị tương thích với con người trong một dây chuyền sản xuất, cho dù vật liệu mềm hay cứng.”