今後のウェアラブルデバイスの発展のためには、曲げや破壊に強く、フレキシブルな電子部品の開発が望まれているようだ。そして、そんな要件を満たす電子部品用の素材をペンシルベニア州立大学の研究チームが発表した。その素材、なんと自己修復機能を持つというのだ。

いくつもの機能を回復する

同大学の材料工学の教授であるQing Wang氏らの研究チームは、繰り返し切られても自己修復し、もとの機能を取りもどすという素材を開発した。

これまでも、単一の機能をとりもどす自己修復素材は作ることが可能だったようだ。たとえば誘電材料がその抵抗率を回復することは可能だった。しかし同時にもとどおりの熱伝導率を取りもどすことは不可能だった。それではオーバーヒートのリスクが増してしまう。

今回開発されたこの素材は、ウェアラブル電子デバイスに要求される誘電材、絶縁材に求められるような、機械的強度、サージに対する絶縁破壊強度、電気抵抗、熱伝導性や、絶縁特性などをすべて自己修復によって回復することができるという。

カギは窒化ホウ素ナノシート

従来の自己修復素材は、柔らかかったり、チューインガムのようなものが多かったが、この素材はそれにくらべると非常に頑丈だそうだ。この新素材はプラスティック・ポリマーの母材として窒化ホウ素のナノシートが加えられている。

窒化ホウ素ナノシートは、グラフェンのように二次元の構造だが、グラフェンのように電気を伝えるのではなく、絶縁する特性を持っている。

「自己修復素材の研究の多くは導電性に注目したものになっていて、絶縁性は見落とされてきました。でも、電子回路には導電性の部品と同時に、絶縁体や保護材も必要なのです」とWnag教授は話す。

この窒化ホウ素ナノシートは、お互いに水素結合によって結びついている。2つのピースが十分に近い距離に置かれれば、静電引力が生じ、お互いを引き寄せる。水素結合が回復すれば、2つのピースは修復されたことになる。

ポリマーに加えられる窒化ホウ素ナノシートのパーセンテージによっては、自己修復のために熱や圧力をかけなくてはいけなくなるが、今回開発された材料のいくつかは、室温で自己修復が可能だ。

また、水素結合を利用したほかの修復可能材料とちがって、この窒化ホウ素ナノシートは、湿気を通さないという特性を持つ。そのため、この素材を使ったデバイスは、たとえばシャワー室やビーチといった多湿な場所でも使えるようになるという。

3Dプリント技術の進化やこのような材料の登場によって、電子回路はこれまでとまったく異なる形態に進化していく可能性がある。そしてウェアラブルデバイスが発展していくことになるのだろう。10年後、20年後には、現在は想像もつかない場所にIoTが広がっているかもしれない。

【参考・画像】

※ PennState NEWS

【動画】

※ Flexible Insulator -YouTube