باناسونيك تطور طبقة الراتنج القابلة للتمدد ومواد التطبيقات خاصتها للإلكترونيات القابلة للتمدد

 أعلنت اليوم شركة "باناسونيك" أنها قامت بتطوير طبقة الراتنج البوليمر الرقيقة اللينة والمرنة، والقابلة للتمدد [1] باستخدام تقنية الراتنج القابلة للتمدد خاصتها. وستقوم الشركة أيضاً بتوفير مادة القطب الكهربائي الشفافة [2] ومعجون الموصل [3] إلى جانب الطبقة العازلة هذه.

وتعتبر هذه المادة المطورة حديثاً غشاءً عازلاً  يتمدد ويعود إلى شكله الأصلي، وهي الميزة التي من الصعب العثور عليها في المواد المرنة التقليدية. كما أنها تتكيف مع الأساليب المطلوبة للطي وتفاوت السطوح بشكل حر، والحد بشكل كبير من قيود التصميم الحالية. وعلى سبيل المثال، تمكّن هذه المواد من بناء الأجهزة الإلكترونية اللينة والمتمددة التي تعتبر قابلة للتكيف مع مجموعة متنوعة من الأشكال، كالملابس والجسم. وتعد المادة التي تم تطويرها حديثاً قابلة للاستخدام في مجموعة واسعة من التطبيقات، من الأجهزة القابلة للارتداء مروراً بأجهزة الاستشعار، وشاشات العرض، وصولاً إلى الروبوتات.

ويوفر غشاء الراتنج القابل للتمدد الميزات التالية التي تم تطويرها على أساس تقنية الراتنج القابلة للتمدد الخاصة بالشركة.

1. مادة غشائية عازلة لينة وقابلة للتمدد تأتي مع مرونة ممتازة

- طول التمدد: × 2.5 أو أكثر

2. مادة غشائية عازلة قادرة على جعل إرخاء الضغوط الداخلية نتيجة التمدد، وعودتها إلى شكلها الأصلي، وتحمل الاستخدام المتكرر

- نسبة إرخاء الضغط: 60 في المئة*1

- معدل استرداد الشكل الأصلي: 98 في المئة أو أكثر*2

3. تطوير إضافي لمواد القطب الكهربائي الشفافة والمتمددة ومعجون الموصل إلى جانب المادة العازلة

*1 نتائج اختبار إرخاء الضغوط في المصنع (الظروف: تمدد بنسبة 50 في المئة لمدة 30 دقيقة)

*2 نتائج اختبار استرداد التمدد إلى الشكل الأصلي في المصنع (الظروف: معدل التمدد 25 ملم بالدقيقة الواحدة ومعدل الاسترداد 0.1 ملم بالدقيقة الواحدة).

وسيتم عرض الغشاء والمواد التي تم تطويرها حديثاً في معرض "برينتد وايرنج بوردس" بنسخته ال17 المنعقد في الفترة الممتدة من 13 ولغاية 15 يناير، 2016 في طوكيو بيغ سايت.

تفاصيل الميزات 

1. مادة غشائية عازلة لينة وقابلة للتمدد تأتي مع مرونة ممتازة

على خلفية تطوير العديد من الأجهزة القابلة للارتداء، هنالك طلب متزايد على خفض الشعور الغريب المصاحب لارتدائها وجعل تصميمها محبباً أكثر من الناحية الجمالية، فضلاً عن حجم أصغر وشكل أنحف. تحتاج مواد البولي يوريثين والمطاط التغلب على التحديات المرتبطة بالالتصاق، ومقاومة الحرارة، والتقصف. وهنالك طلب مرتفع على مادة تكون قابلة للتشكل وممتازة من حيث مقاومة الحرارة، وقوة التحمل، والمرونة. وبالإشارة إلى الأداء المثبت للراتنج بالحرارة التقليدي المستخدم [4] وتطبيق تقنية تصميم الراتنج الخاصة بالشركة التي يمكن أن تضيف مرونة رائعة على هذه المادة، طورت "باناسونيك" مادة عازلة مصنوعة من الراتنج بالحرارة، والمثير للدهشة أنها مرنة وقابلة للتمدد. وتساعد هذه المادة الغشائية العازلة اللينة والقابلة للتمدد على فهم الأجهزة الإلكترونية عند ارتدائها أو تثبيتها في الأماكن المطلوبة.

2. مواد غشائية عازلة قادرة على إرخاء الضغوط الداخلية الناتجة عن التمدد، وعودتها إلى شكلها الأصلي، وتحمل الاستخدام المتكرر

يجب أن تكون الأجهزة التي يتم ارتداؤها على الملابس أو التي تلبس على الجسم، مصنوعة من مواد تتحمل الاستخدام المتكرر ولا تسمح بأي تغيير في المميزات الميكانيكية حتى بعد التشوهات المتكررة (التمدد واسترداد الشكل الأصلي). وعموماً من شأن المواد الخاضعة للتمدد المتكرر والتي استردت شكلها الأصلي أن تتحلل في القوة الميكانيكية وأداء الاسترداد. وبغض النظر عن التليين البسيط، تستخدم "باناسونيك" تقنية تصميم الراتنج الفريدة التي تقوم بالاستخدام الأمثل للبنية المتميزة المترابطة ثلاثية الأبعاد[5] للراتنج بالحرارة. وعن طريق تخفيف الضغوط الداخلية نتيجة التمدد، تعود المواد العازلة المطورة حديثاً إلى شكلها الأصلي وتقاوم الاستخدام المتكرر. وتساعد هذه المواد على فهم الأجهزة الإلكترونية حيث لا يزال يمكن ارتداؤها لفترة ممتدة من الزمن.

3. تطوير إضافي لمادة القطب الكهربائي الشفافة والقابلة للتمدد والمعجون الموصل إلى جانب المادة العازلة

لا ينبغي على الأجهزة التي يتم ارتداؤها على الملابس أو التي تلبس على الجسم أن تكون مصنوعة فقط من مواد عازلة قابلة للتمدد، ولكن أيضاً من مواد موصلة لينة وقابلة للتمدد. وباستخدام الراتنج القابل للتمدد كمادة أساسية، قامت "باناسونيك" أيضاً بتطوير مادة القطب الكهربائي الشفافة والمعجون الموصل الذي يبقى موصلاً حتى بعد دورات متكررة من التمدد واسترداد الشكل الأصلي. وتشمل مواد القطب الكهربائي الشفافة طبقة موصلة رقيقة من أنابيب الكربون النانوية [6] التي تشكلت على المادة الأصلية للراتنج القابل للتمدد. وتم إنتاج المعجون الموصل من خلال الجمع بين الراتنج القابل للتمدد، المستخدم كغلاف، مع مواد حشو فضية. وتساعد هذه المواد على إنشاء أجهزة عرض وأجهزة استشعار قابلة للتمدد.

تفاصيل التقنيات

1. تقنية تصميم الراتنج الأصلية الخاصة بالشركة لإنتاج المادة العازلة القابلة للتمدد للراتنج بالحرارة

الراتنجات بالحرارة هي مواد مستخدمة على نطاق واسع وعام. لأنها تخضع للتنازل عن إحدى ميزتي الليونة والمقاومة للحرارة، يكمن التحدي في جعلها لينة مع الحفاظ على مقاومتها للحرارة. وطورت "باناسونيك" تقنية تصميم الراتنج الفريدة للسماح للمواد بأن يكون لديها مكونات لينة وصلبة على حد سواء. ويختلف هذا الأسلوب عن الأسلوب التقليدي الذي يتمثل بإضافة المطاط الصناعي [7]. وتستخدم هذه التقنية بنية مترابطة ثلاثية الأبعاد للراتنج بالحرارة بهدف إرخاء الضغوط الناشئة عن التمدد واسترداد الشكل الأصلي. ومع ضمان التوافق بين المرونة وإرخاء الضغوط، قمنا بتطوير المادة العازلة، التي على الرغم من أنها مصنوعة من الراتنج بالحرارة، تمتد وتعود إلى شكلها الأصلي بهدف تمكين الاستخدام المتكرر.

2. تقنية التصميم لإنتاج المواد الأساسية المتمددة للأقطاب الكهربائية الشفافة والمتمددة

يتم استخدام أكسيد القصدير الثنائي[8]  على نطاق واسع باعتباره أقطاب شفافة. وعلى الرغم من أنه يقاوم الانحناء إلى حد ما، عندما يتعرض للطي أو التمدد، فإنه يُحدِث شقوقاً بسهولة، وبالتالي يفشل في الاحتفاظ بالتوصيل الخاص به. وللتغلب على هذة العقبة، من الضروري توفير المرونة الخالية من الشقوق وضمان مسار موصل للاحتفاظ بتوصيل المواد حتى في ظل حالات التمدد أو التشوه. وطورت "باناسونيك" تقنية تهدف إلى تشكيل طبقة موصلة شفافة ورقيقة تتألف من أنابيب الكربون النانوية الموصلة بمعدل مرتفع وبشكل استثنائي على المواد الأساسية لطبقة الراتنج الرقيقة والمتمددة المنتجة مع تصميم المواد الأمثل للتمدد واسترداد الشكل الأصلي. ومن خلال توظيف أنابيب الكربون النانوية لتشكيل مسار الموصل، وبالتالي توفير التوافق بين التمدد والتوصيل، قمنا بإنشاء مادة القطب الكهربائي الشفافة التي تحتفظ بالتوصيل حتى بعد التشوه.

3. تقنية تجمع بين البوليمر القابل للتمدد ومواد الحشو الموصلة لإنتاج معجون موصل قابل للتمدد

عادة، يتعرض النحاس أو غيره من الأسلاك المعدنية للكسر عندما تتمدد المواد الأساسية خاصته أو تضيق. وبسبب هذه المشكلة، ليس من السهل استخدام الأسلاك المعدنية لتشكيل الدارات المعقدة. وعلاوة على ذلك، يجعل الوهن في المعادن الناتج عن التشوه من الصعب إنجاز أسلاك معدنية تقاوم التمدد المتكرر. وقامت "باناسونيك" بتطوير تقنية للجمع بين الراتنج القابل للتمدد كغطاء مع مادة حشو فضية. والنتيجة هي معجون موصل يحتفظ بمسار موصل، وبالتالي الموصلية، حتى بعد الامتداد واسترداد الشكل الأصلي.

ملاحظات:

[1] قابل للتمدد

يتم استخدام طبقة الراتنج القابلة للتمدد أو المرنة في الأجهزة الإلكترونية القبلة للتمدد.

[2] مادة القطب الكهربائي الشفافة

مادة شفافة موصلة بالكهرباء

[3] المعجون الموصل

معجون يوضع من أجل توفير التوصيل عند تشكيل الدارات الإلكترونية

[4] الراتنج بالحرارة

الراتنج بالحرارة (أو البلاستيك) هو السائل أو المادة الصلبة قبل الصب، يوفر السيولة بدرجة حرارة الغرفة أو عند تسخينه، وتصبح صلبة من خلال إضافة عامل تصلب أو مادة محفزة أو استمرار تطبيق الحرارة من أجل إنجاز عملية القولبة. وحال تصلبه، لا يذوب البلاستيك بالحرارة إذا تم تسخينه مرة أخرى. وتشمل الدرجات النموذجية بالحرارة الخاصة بالراتنج كل من راتنج الفينول فورمالدهيد، وراتنج اليوريا فورمالديهايد، وراتنج الميلامين، وراتنج الإيبوكسي، والبولي يوريثان.

[5] الهيكلية المترابطة ثلاثية الأبعاد 

الترابط هو الرابط الذي يصل سلسلة واحدة من البوليمر إلى سلسلة أخرى باستخدام المواد الكيميائية. وتعكس الهيكلية ثلاثية الأبعاد بنية البوليمر المتشابكة وإنما عبر ترابط أكثر تقدماً.

[6] أنابيب الكربون النانوية

إن مصطلح "أنابيب الكربون النانوية" هو مركب من كلمات "الكربون"، و"نانومتر"، و "أنبوب". أنبوب الكربون هو هيكل أسطواني مكون من شبكة من ذرات الكربون المترابطة. أنابيب الكربون النانوية هي رقيقة للغاية، في ترتيب النانومتر في القطر، وسماكتها حوالى 50 ألف مرة أرق من سماكة شعرة الإنسان.

[7] المطاط الصناعي

هو مصطلح عام لمواد صناعية ذات مرونة تشبه مرونة المطاط. مصطلح "المطاط الصناعي (elastomer)" هو مركب من الكلمات "مرن (elastic)" و "البوليمر (polymer)".

[8] أكسيد القصدير الثنائي

أكسيد القصدير الثنائي هو مادة موصلة للكهرباء وعالية من حيث بث الإشعاع المرئي، وبالتالي يستخدم في صنع الأقطاب الكهربائية الشفافة. وتشمل التطبيقات الرئيسية شاشات عرض مسطحة تستخدم شاشة العرض البلوري السائل (إل سي دي) ولوحات توزيع الكهرباء ولوحات الاستضاءة الكهربائية العضوية.