Selbstheilende Elektronik auf flüssigem Kapselregime

Die Achilles Ferse der Elektronik heute ist, dass, wenn ein winziger Schaltungsstörung innerhalb eines integrierten Chips auftritt, es Zaubern Katastrophe für den gesamten Chip oder sogar das gesamte Gerät.

Um derartige Verluste zu vermeiden, haben Ingenieure der University of Illinois ein autonomes System zur Wiederherstellung entwickelt, das sich schnell genug reparieren kann, so dass der Benutzer den Fehler nicht ahnt.

Das in der Zeitschrift Advanced Materials beschriebene System verwendet winzige Mikrokapseln mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern und gefüllt mit Gallium-Indium-Flüssigmetall, wobei die Kapseln auf einer Goldleitung, die als Kreislauf dient, dispergiert sind. Wenn sich ein Riß ausbreitet, brechen die Mikrokapseln auf und geben die metallische Flüssigkeit in die Lücken in der Schaltung frei, wodurch der elektrische Strom nach einer Periode von Ausfallzeiten, die einige Mikrosekunden dauert, wieder hergestellt wird.

Selbstheilende Elektronik. Mikrokapseln voller flüssigem Metall sitzen auf einem Goldkreislauf. (Oben) Wenn der Stromkreis unterbrochen wird, brechen die Mikrokapseln (Mitte), füllen den Riss und die Wiederherstellung der Schaltung (unten). Kredit: Scott Weiß

“Es vereinfacht das System”, sagte Chemieprofessor Jeffrey Moore, ein Mitverfasser der Zeitung. “Anstatt in Redundanzen zu bauen oder in einem sensorischen Diagnosesystem zu bauen, ist dieses Material so konzipiert, dass es sich um das Problem selbst kümmert.”

Die Forscher zeigten, dass 90 Prozent ihrer Proben bis zu 99 Prozent der ursprünglichen Leitfähigkeit, auch mit einer kleinen Menge von Mikrokapseln geheilt.

Neben der Selbständigkeit ist das Selbstheilungssystem auch lokalisiert, so dass nur die Mikrokapseln, die ein Riss abfängt, geöffnet werden, so dass Reparaturen nur am Schadenspunkt stattfinden.

Die Ingenieure weisen auch darauf hin, dass, da das System keine menschliche Intervention oder Diagnostik erfordert, es besonders für Anwendungen geeignet ist, in denen der Zugriff auf eine Pause für eine Reparatur unmöglich ist, wie zum Beispiel eine Batterie oder die Suche nach der Quelle eines Versagens schwierig ist Als Flugzeug oder Raumfahrzeug.

In einem Flugzeug, vor allem ein Verteidigungsflugzeug, gibt es Meilen und Meilen leitenden Draht “, sagte Professor Nancy Sottos. “Sie wissen nicht oft, wo die Pause eintritt. Das autonome Teil ist schön – es weiß, wo es brach, auch wenn wir nicht.

Das Illinois-Forschungsteam plant, die Technologie weiter zu entwickeln, um die Sicherheit und Langlebigkeit von Batterien zu verbessern sowie andere Möglichkeiten zur Verwendung von Mikrokapseln zur Kontrolle der Leitfähigkeit zu erforschen.

In dem Video unten, beschreibt Scott White, ein Luft-und Raumfahrt-Engineering-Professor und der Projektleiter, der Ansatz

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