Ultrasensitive and ultrastretchable electrically self-healing conductors

材料科学 自愈 导电体 导线 弯曲 制作 复合材料 光电子学 纳米技术 医学 病理 替代医学
作者
Yanyan Li,Ting Fang,Jiaxue Zhang,Hangyu Zhu,Yuping Sun,Shaolei Wang,Yanqing Lu,Desheng Kong
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (23) 被引量:37
标识
DOI:10.1073/pnas.2300953120
摘要

Self-healing is a bioinspired strategy to repair damaged conductors under repetitive wear and tear, thereby largely extending the life span of electronic devices. The self-healing process often demands external triggering conditions as the practical challenges for the widespread applications. Here, a compliant conductor with electrically self-healing capability is introduced by combining ultrahigh sensitivity to minor damages and reliable recovery from ultrahigh tensile deformations. Conductive features are created in a scalable and low-cost fabrication process comprising a copper layer on top of liquid metal microcapsules. The efficient rupture of microcapsules is triggered by structural damages in the copper layer under stress conditions as a result of the strong interfacial interactions. The liquid metal is selectively filled into the damaged site for the instantaneous restoration of the metallic conductivity. The unique healing mechanism is responsive to various structural degradations including microcracks under bending conditions and severe fractures upon large stretching. The compliant conductor demonstrates high conductivity of ∼12,000 S/cm, ultrahigh stretchability of up to 1,200% strain, an ultralow threshold to activate the healing actions, instantaneous electrical recovery in microseconds, and exceptional electromechanical durability. Successful implementations in a light emitting diode (LED) matrix display and a multifunctional electronic patch demonstrate the practical suitability of the electrically self-healing conductor in flexible and stretchable electronics. The developments provide a promising approach to improving the self-healing capability of compliant conductors.
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