在集成芯片内，一段微小的电路断裂或出现故障，整个芯片，甚至整个装置就不能用了。但是，如果它可以进行自我修复的话，会怎么样呢？而且它会修复得这么快，以致用户根本不知道出了问题。/ j8 \, k# S# e( Q
伊利诺伊大学（University of Illinois）的一组工程师已开发出一种自我修复系统，可恢复断裂电路的导电性，时间不到一瞬间。他们的领导是航空航天工程教授斯科特•怀特（Scott Whit）以及材料科学和工程教授南希•索拓斯（Nancy Sottos），研究人员在线发表了他们的成果，题为《自动恢复导电率》（Autonomic Restoration of Electrical Conductivity），就在12月20日的《先进材料》（Advanced Materials）杂志上。1 n. ~! D! W$ r
7 ^5 U( b% G* I# n% ]% Q. b" U“这简化了系统，”化学教授杰弗里•摩尔（Jeffrey Moore）说，他是论文的联合作者。“没有必要嵌入多余备用系统，或嵌入传感诊断系统，这种材料设计本身就可以处理这种问题。”, e; K) [! [8 t5 I
电子设备在不断发展，以执行更复杂的任务，厂家也在把尽可能大的密度集成到芯片上。然而，这样的密度会引发可靠性问题，比如，有的故障就产生于波动的温度周期，因为设备会运行或疲劳。故障出现在电路中的任何一点，都会关掉整个设备。
" C; D) r3 K0 F4 P“一般情况下，没有多少办法进行手工修复，”索拓斯说。“有时候，你只是无法进入里面。在多层集成电路中，不可能拆开它。通常，你就会更换整个芯片。真的是这样，电池也一样。你不能取下电池，费力找到故障的根源。”
6 `7 x9 W7 s" h大多数消费电子设备，应该是更换得有些频繁，这也增加了电子废旧品问题，但是，许多重要的应用，比如太空或军事装备的仪器或车辆，电气故障就不能更换或修复。
* W4 E: w! \$ I! t& o7 T% _& Q
' Y$ i5 d0 I% J* h
1 d9 a1 C9 O L4 d) X( }& N
图中显示，破裂的微胶囊中流出灰色液态金属，填满裂缝，恢复电流。 来源：伊利诺伊大学 . }! @$ b2 C6 O8 S+ ^
伊利诺伊大学的小组以前开发出一种系统，用于自愈型高分子材料，他们决定改进他们的技术，以用于导电系统。他们分散开细小的微胶囊，这些胶囊直径小到10微米，散布到黄金线上，这种金线的作用就相当于电路。当裂缝扩散时，这些微胶囊就会破裂，释放出里面的镓-铟液态金属。这种液态金属会填充在电路裂缝中，恢复电流畅通。
! v" i5 }: i0 d. v. N1 z8 V“真正酷的是，这篇论文是第一个案例，就是使用这种基于微胶囊的修复技术，使它发挥一种新的作用，”怀特说。“在此之前，一切都是结构性修复。这是进行电导性恢复。它表明，这种概念也可以用于其他东西。”, }' N; R/ o0 p$ n5 `4 ]; m
故障中断电流只有几微秒，因为液态金属会立即填补裂缝。研究人员证明，他们90％的样本会修复99％的原始电导率，即使只有少量微胶囊也是这样。
' S0 ]0 f, ?" N# `3 w5 J, C) U9 `8 ~" ]这种自愈系统还有一些优势，就是局部性和自主性。微胶囊只有在有裂缝截住时，才会打开，所以，修复只出现在开裂点。此外，它不需要人为干预或诊断，要轻松地进行，找到损坏的地方进行修复是不可能的，比如电池就是这样，或者说，找到故障的根源是很难的，比如飞机或航天器。$ x7 S8 {4 y9 g1 ^6 z
“在飞机上，特别是防空飞机，有很多英里长的导电线，”索拓斯说。“你常常不知道哪里出了故障。这种自主部分非常好，它知道哪里有故障，即使我们不知道。”
1 ?. j! }5 e" u" C- M0 U; }3 S接下来，研究人员计划进一步完善他们的系统，探索其他可能性，以利用微胶囊控制电导率。他们特别感兴趣的，是使用这种微胶囊自我修复系统做电池，提高它们的安全性和使用寿命。
6 ]/ O5 f; j! A& q/ @' z" m& u, D2 L! z6 l) U$ k1 U B
| 
发表于 2011-12-21 14:56:20
