Öngyógyító áramkört fejlesztettek ki

Az Illinois-i Egyetem kutatómérnökei az öngyógyító polimerek fejlesztése közben kidolgozott ötleteiket próbálták ki az elektronikában. Szerintük kísérleteik során kidolgozott eljárás az űrkutatásban vagy a mai hordozható készülékekben és elektromos autókban dolgozó akkumulátorokban lenne elsőként bevethető.

Alkatrészcsere

Az Advanced Materials szaklapban december végén publikált eljárás kifejlesztését az motiválta, hogy egyelőre megoldhatatlan az egyre bonyolultabb és kisebb áramkörökben a nagy hőingadozás vagy anyagfáradás miatt fellépő elektromos hibák javítása. Ha egy komplex, többrétegű áramköri lapon vagy egy csipben a vezetőpálya megszakad, jellemzően csak az alkatrész cseréje jöhet szóba megoldásként.

„Általában nincs sok lehetőség a kézi javításra, gyakran nem is lehet az áramkör belsejéhez hozzáférni. Ez igaz az akkumulátorokra is: azokat sem lehet szétszedni, és megkeresni a hiba forrását” – mondta el Nancy Sottos, a csapatot vezető anyagtudomány-professzor. Vannak ugyanakkor olyan felhasználási területek is, ahol az alkatrészcsere sem kivitelezhető: például a műholdak vagy űrjárművek esetében.

Mikrokapszulák

Ezek a területek láthatják legnagyobb hasznát az öngyógyító áramköröknek. A kidolgozott eljárás elvben egyszerű: a vezetőrétegekre, vezetőpályákra folyékony fémet, alacsony olvadáspontú és jó vezetőképességű gallium-indium keveréket tartalmazó mikrokapszulákat szórnak. Ott, ahol a vezeték sérül, a kapszulák maguktól megrepednek, és a kifolyó fém helyreállítja a megszakadt elektromos áramot.

A megépített prototípusokban 0,01, illetve 0,2 milliméter átmérőjű kapszulákat helyeztek a vezetőre. Az ezekből kifolyó fém a próbák alatt 90 százalék feletti hatékonysággal néhány mikroszekundum alatt meggyógyította a hajlítással megtört vezetéket. A kutatók négy hónapig monitorozták a javított áramköröket, és azt tapasztalták, hogy a hatás tartós, a vezetőképesség nem romlott.

A megoldás kidolgozói az űrkutatás mellett az akkumulátorok élettartamának növelésében látják bevethetőnek. Ezek teljesítménye a használat során keletkező mikrorepedések miatt romlik idővel, ezek akadályozzák az elektronok áramlását. Az öngyógyító vezetőkkel ez a probléma kiküszöbölhető lenne: olyan akkukat lehetne gyártani, melyek évekkel tovább működőképesek, mint a maiak.

A kutatók azt mondják: az eljárás az integrált áramkörökben is működhet, de a 10 és 200 mikron méretű kapszulák túl nagyok ahhoz, hogy korszerű gyártástechnológiával előállított csipekbe be lehessen ültetni őket, és az sem világos, hogy miként lenne beilleszthető a kapszulázás a bejáratott félvezető-gyártási folyamatba.