Esnek Elektronik Cihazlar İçin Esnek Piller

Günümüzün aktif araştırma alanlarından biri esnek elektronik cihazlar. Bu cihazların elektronik derilerden (insan cildi gibi çevresel koşulları algılayabilen esnek elektronik cihazlardan), yapay kaslara ve giyilebilir sağlık tarama aletlerine kadar pek çok kullanım alanı var. Tüm bu cihazlar için gerekli olan en temel bileşenlerden biri, mekanik zorlamalara maruz kaldıklarında bile iyi iletken özellik gösteren esnek malzemeler. Ancak böyle malzemeler üretmek zordur.

Bugüne kadar esnek, iletken malzemeler üretmek için kullanılan iki yöntem vardı. Birinci yöntemde, boyutları nanometre (metrenin milyarda biri) ölçeğinde olan elektronik cihazlar esnek polimerlerin (tekrar eden birimlerden oluşan uzun zincir biçimli moleküller) üzerine yerleştiriliyordu. Ancak bu biçimde üretilen malzemelerdeki iletken miktarı ve dolayısıyla malzemenin iletkenliği düşük oluyordu. İkinci yöntemdeyse esnek polimerin içine dağınık biçimde iletken dolgu malzemeleri ekleniyordu. Bu yöntemle üretilen malzemelerse hem yüksek miktarda akım taşıyabiliyor hem de kendilerini onarabiliyordu. Ancak içerdikleri sert, iletken malzeme miktarı arttıkça ufak mekanik zorlamalara karşı bile dayanıksız hâle geliyor, içerdikleri esnek polimer miktarı arttıkça da iletkenlikleri düşüyordu.

Michigan Üniversitesinden Nicholas Kotov önderliğinde çalışmalar yapan bir grup araştırmacı yakın zamanlarda esnek, iletken malzemeler üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Detayları Science Advances’ta yayımlanan makalede ayrıntılı biçimde açıklanan yeni yöntemde esnek, iletken malzeme katmanlı bir yapıda üretiliyor. Her bir katmanda pozitif yüklü polimerler ve negatif yüklü altın nanoparçacıklar var. Ancak katmanların bileşimi birbirinden farklı. En dış katmanlarda altın nanoparçacıkların kütlece oranı %90’a kadar çıkarken ara katmalardaysa %50’ye kadar düşebiliyor. Araştırmacılar bu katmanlı yapının, malzemenin hem mekanik hem de elektronik özelliklerini arzu edilen biçimde ayarlamaya imkân verdiğini söylüyor. Malzeme herhangi bir yönde gerilerek uzunluğu normal uzunluğunun üç katına çıkarıldığında bile metalik özellik göstermeye (çok düşük dirençle elektriği iletmeye) devam ediyor.

Araştırmacılar, geliştirdikleri malzemeyi bir lityum iyon pilde elektrot olarak kullanarak test etti. Sonuçlar, 0,5 A/g akım yoğunluğunda pilin dolma-boşalma kapasitesinin 100 mAh/g olduğunu gösteriyor. Pil, 1000 kez boşalıp dolduktan sonra bile orijinal kapasitesinin %96’sı ile çalışmaya devam ediyor.

Araştırmacılar yeni yöntemle üretilen esnek, iletken malzemeleri kullanarak esnek piller üretmenin mümkün olduğunu söylüyor. Bu piller, tıbbi implantlarda ve canlı organizmalara benzer esnek robotların geliştirilmesinde yararlı olabilir.