CN106031312B - 自我修复型配线及伸缩器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供自我修复型配线(1)，其实现在可伸缩的柔性基板(2)配置金属配线(3)、作为在金属配线(3)产生的裂缝(7)的修复部而以分散有金属纳米颗粒(4)的液体(5)覆盖金属配线(3)的结构。即使伴随柔性基板(2)的伸缩而在金属配线(3)产生裂缝(7)，只要利用仅对裂缝(7)的部分有选择地发挥作用的力，使得液体(5)中的金属纳米颗粒(4)在裂缝(7)架桥，金属配线(3)就会仅在裂缝(7)的部分有选择地被修复，此外，能够提供使这样的自我修复型配线(1)与不具有伸缩性的电气元件组合成的伸缩器件。由此能够提供兼具基板高导电性和高伸缩性的自我修复型配线和伸缩器件。

Description

自我修复型配线及伸缩器件
技术领域
本发明涉及实现同时具有高伸缩耐受性、高导电率、自我修复功能的电气配线的自我修复型配线和具备该自我修复型配线的伸缩器件。
背景技术
近年来，例如如非专利文献1中记载的那样，具有柔软性和伸缩性的可挠式器件的研究正在积极地进行。此外，作为可挠式器件中使用的配线，已知有非专利文献2那样的令材料作为导电性弹性体的配线、非专利文献3那样的令形状为波状的金属配线等。但是，导电性弹性体存在导电性低的问题，波状金属配线存在由于伸缩而产生裂缝的问题。
具体而言，作为之前研究的伸缩配线，最普通的是将导电性材料混在橡胶材料/凝胶材料而得到的导电性橡胶，其电导率101S/m左右。此外，与非专利文献2中记载的现有技术相比具有非常高的传导率的凝胶材料也不过为29％的伸缩耐受性、1.02×104S/m的传导率。这与作为固体的配线材料使用的Au(金)为4.6×107S/m相比，是非常低的传导率。
另一方面，作为使用金属的伸缩配线，如在非专利文献4中记载的那样，通过令金属配线为之字形来实现即时发生若干伸缩也不会断裂的器件。但是，由于仅使用金属，所以不仅伸缩性存在界限，而且存在伸缩的重复引起的疲劳断裂的担心。虽然考虑到高传导率最好使用金属作为伸缩配线，但是能够使用金属解决高伸缩耐受性(即不发生伸缩引起的断裂和伸缩的重复引起的疲劳断裂)的记载尚不存在。
进一步，作为在金属配线产生了裂缝的情况下的自我修复型配线的研究例，例如在非专利文献5中记载有在硅酮橡胶的流路使用焊料作为浇注配线、在由于变形而断裂时通过加热而修复断裂的研究。但是，在作为固体的焊料与同样作为固体的金属配线的组合中，例如在每次修复裂缝时，必须加热至使焊料熔化的温度，作为裂缝的修复部要求根本性的结构上的改良。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Mallory L.Hammock、Alex Chortos、Benjamin C.-K. Tee、JeffreyB.-H.Tokand Zhenan Bao，“25th Anniversary Article:The Evolution ofElectronicSkin(E-Skin):A Brief History、Design Considerations and RecentProgress”，《25周年论文：电子皮肤的进化：简单地历史，设计要点，以及最近的进步》，Adv.Mater.，2013年，pp.1-41
非专利文献2：Tsuyoshi Sekitani(関谷毅)、Hiroyoshi Nakajima (中島宏佳)、Hiroki Maeda(前田博己)、Takanori Fukushima(福島孝典)、Takuzo Aida(相田卓三)、Kenji Hata(畠賢治)和Takao Someya(染谷隆夫)，“Stretchable active-matrix organiclight-emitting diode display using printable elastic conductors”《使用能够印刷的弹性导体的能自由伸缩的有源矩阵式有机LED显示屏》，Nature Materials， vol.8，2009年，pp.494-499
非专利文献3：Darren S.Gray、Joe Tien和Christopher S.Chen，“High-Conductivity Elastomeric Electronics”《高导电性弹性电子体》， Adv.Mater.，2004年，No.5，pp.393-397
非专利文献4：Dae-Hyeong Kim、Nanshu Lu、Rui Ma、Yun-Soung Kim、Rak-HwanKim、Shuodao Wang、Jian Wu、Sang Min Won、Hu Tao、 Ahmad Islam、Ki Jun Yu、Tae-ilKim、Raeed Chowdhury、Ming Ying、 Lizhi Xu、Ming Li、Hyun-Joong Chung、Hohyun Keum、Martin McCormick、Ping Liu、Yong-Wei Zhang、Fiorenzo G.Omenetto、Yonggang Huang、Todd Coleman、John A.Rogers，“Epidermal Electronics”《表皮型电子体》，Science，2011年，vol.333，pp.838-843
非专利文献5：A.C.Siegel、D.A.Bruzewicz、D.B.Weibel、G.M. Whitesides、“Microsolidics：Fabrication of Three-Dimensional Metallic Microstructures inPoly(Dimethylsiloxane)”《微固体：聚二甲基硅氧烷中的三维金属微构造的制作》，Advanced Materials，2007年，vol.19， pp.727-733
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而完成的发明，其主要目的在于，利用与现有技术不同的结构，提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线和伸缩器件。
用于解决问题的方式
本发明的自我修复型配线具备在第一基材配置电气配线、作为在上述电气配线的裂缝的修复部而以分散有导电性颗粒的流动体覆盖上述电气配线的结构。
在这种情况下，优选将能够向上述电气配线进行电压施加并仅使述裂缝的部分产生电场的端子部设置在上述电气配线。
也可以使上述电气配线的表面与上述导电性颗粒的表面以相同极性带电，使在上述裂缝的部分与上述流动体相接的上述第一基材的表面与上述导电性颗粒的表面以不同极性带电。
进一步，优选上述导电性颗粒为金属颗粒。
进一步，优选上述导电性颗粒在上述裂缝的部分，与上述电气配线相比，先因热而熔化。
此外，本发明的自我修复型配线具备在第一基材配置电气配线、作为在上述电气配线产生的裂缝的修复部而以将溶解有金属离子的流动体覆盖上述电气配线的结构。
在这种情况下，优选将能够向上述电气配线进行电压施加并仅使上述裂缝的部分产生电场的端子部设置在上述电气配线。
也可以通过无电解电镀使固体金属从所述金属离子仅析出于在所述裂缝的部分与所述流动体相接的所述第一基材的表面。
进一步，优选从上述金属离子析出的固体金属在上述裂缝的部分，与上述电气配线相比，先因热而熔化。
进一步，优选上述第一基材可伸缩。
进一步，优选上述电气配线为金属配线。
进一步，优选以在上述电气配线的规定的场所产生裂缝的方式构成上述电气配线或上述第一基材的至少一方。
具备上述结构的自我修复型配线的本发明的伸缩器件利用上述第一基材和刚性比该第一基材高的第二基材构成基板，仅在上述第二基材安装电气元件。
发明的效果
在发明中，即使在电气配线产生裂缝，只要利用仅对裂缝的部分有选择地发挥作用的力，使得流动体中的导电性颗粒在裂缝架桥，电气配线就会在裂缝的部分有选择地被修复。因此，与现有技术不同，能够利用含有导电性颗粒的流动体和作为固体的电气配线的混合结构，提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线。
在发明中，即使在电气配线产生裂缝，只要利用端子部对该电气配线施加电压，就能够作为仅对裂缝的部分有选择地发挥作用的力、使流动体中的导电性颗粒产生由介电泳力引起的电场陷阱现象。由此，能够使得凝聚的导电性颗粒在裂缝架桥，不从外部施加热，仅利用物理的力修复电气配线。
在发明中，即使在电气配线产生裂缝，也能够作为仅对裂缝的部分有选择地发挥作用的力、利用表面的分子修饰的差异，使静电力作用于流动体中的导电性颗粒。由此，使得导电性颗粒在第一基材露出的裂缝的部分架桥，能够不从外部施加热，仅利用物理的力修复电气配线。此外，在修复时不需要施加电压，还能够避免漏电流和绝缘破坏的问题。
在发明中，在将在电气配线产生的裂缝修复之后，能够仅对陷入该裂缝的部分的导电性颗粒进行加热熔化，使电阻比仅使导电性颗粒架桥时低。
在发明中，在特别使用金属颗粒作为导电性颗粒的结构中，能够提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线。
在发明中，即使在电气配线产生裂缝，只要利用仅在裂缝的部分有选择地发挥作用的力，使得从流动体中的金属离子析出的固体金属在裂缝架桥，就能够使得电气配线在裂缝的部分有选择地被修复。因此与现有技术相比，能够利用含有金属离子的流动体与作为固体的电气配线的混合结构，提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线。
在发明中，即使在电气配线产生裂缝，只要利用端子部对该电气配线施加电压，就能够作为仅对裂缝的部分有选择地发挥作用的力、通过利用电场的电镀从流动体中的金属离子使固体金属析出。由此，析出的固体金属在裂缝架桥，能够不从外部施加热，仅利用电化学的力修复电气配线。
在发明中，即使在电气配线产生裂缝，作为仅对裂缝的部分有选择地发挥作用的力，也能够通过利用表面修饰的差异的无电解电镀，仅在与流动体在裂缝的部分相接的第一基材的表面、从流动体中的金属离子使固体金属析出。由此，析出的固体金属在裂缝架桥，能够不从外部施加热，仅利用电化学的力修复电气配线。此外，不需要在修复时施加电压，还能够避免漏电流和绝缘破坏的问题。
在发明中，在将在电气配线产生的裂缝修复之后，能够仅使析出至该裂缝的部分的固体金属加热熔化，使电阻比仅使固体金属架桥时低。
在发明中，即使伴随第一基材的伸缩而在电气配线产生裂缝，也能够在裂缝的部分有选择地修复该电气配线。
在发明中，在特别使用金属配线作为电气配线的结构中，能够提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线。
在发明中，能够控制成为裂缝的断线部分的产生区域。
在发明中，即使在伸缩器件发生变形时，安装在第二基材的电气元件不发生变形、仅第一基材的部分伸缩而在电气配线产生裂缝的情况下，也能够利用修复部对该裂缝进行自我修复。因此，即使直接利用现有技术中的不具有伸缩特性的电气元件，也因为自我修复型配线的部分具有伸缩耐受性和修复功能而能够作为伸缩器件整体具有伸缩耐受性。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的自我修复型配线的基本结构的纵截面图。
图2同上，是表示利用金属纳米颗粒的电场陷阱进行的修复的情形的示意图。
图3A同上，是示意地表示从点O离开的金属纳米颗粒从电场受到的力的图。
图3B同上，是对距点O的距离与介电泳力的关系进行理论分析后得到的图表。
图4A同上，是示意地表示位于点A的金属纳米颗粒从电场受到的力的图。
图4B同上，是表示相对于施加电压的介电泳力的计算结果的图表。
图5同上，是表示实验用配线的结构的照片。
图6同上，是作为使用玻璃基板的实验例、表示施加电压的振幅与金属配线的阻抗的关系的图表。
图7同上，是裂缝的宽度为200nm的情况下、对实验后的金属配线拍摄的照片。
图8同上，是表示裂缝的宽度与修复电压的关系的图表。
图9同上，是裂缝的宽度为200nm、600nm、1000nm的情况下、分别对实验后的金属配线拍摄的照片。
图10同上，是裂缝的宽度为400nm的情况下、对实验后的金属配线拍摄的照片。
图11同上，是作为使用柔性基板的实验例、表示施加电压的振幅与金属配线的阻抗的关系的图表。
图12同上，是裂缝的宽度为270nm的情况下、对实验后的金属配线拍摄的照片。
图13同上，是作为使用玻璃基板另一实验例、表示改变金属纳米颗粒的颗粒半径的情况下的施加电压的振幅与金属配线的阻抗的关系的图表。
图14同上，是纳米颗粒的半径为20nm(A)和半径为200nm(B) 且裂缝的宽度为500nm的情况下的、对实验后的金属配线拍摄的照片。
图15同上，是表示裂缝的宽度与修复电压的关系的图表。
图16是表示本发明的第二实施方式的自我修复型配线的基本结构的纵截面图。
图17是表示本发明的第三实施方式的自我修复型配线的基本结构的纵截面图和利用电镀进行的修复的情形的示意图。
图18是表示本发明的第四实施方式的自我修复型配线的基本结构的纵截面图和利用电镀进行的修复的情形的示意图。
图19是说明本发明的第五实施方式的自我修复型配线的概要的图。
图20同上，是对金纳米颗粒在裂缝部被捕获的情形(非溶解)拍摄的照片。
图21同上，是对金纳米颗粒由于焦耳热(电阻加热)而一部分溶解的情形拍摄的照片，小的粒为原来的尺寸、大的球为溶解后的尺寸。
图22同上，是对金纳米颗粒很大程度溶解的情形拍摄的照片。
图23是表示本发明的第六实施方式的自我修复型配线的裂缝周边的结构的横截面图。
图24A是表示本发明的第七实施方式的伸缩器件的制造方法的一个例子的立体图。
图24B同上，是表示伸缩器件的制造方法的一个例子的立体图。
图24C同上，是表示伸缩器件的制造方法的一个例子的立体图。
图24D同上，是表示伸缩器件的制造方法的一个例子的立体图。
图24E同上，是表示伸缩器件的制造方法的一个例子的立体图和纵截面图。
图25同上，是表示使伸缩器件伸缩变形时的变形的分布的示意图。
图26同上，是表示将平板状的伸缩器件粘贴在曲面使用的一个例子的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个优选实施方式进行说明。另外，在各实施方式中，对相同的结构标注相同的附图标记，为了避免重复而尽力省略对相同的部分的说明。
图1表示本发明的第一实施方式的自我修复型配线1的基本结构。自我修复型配线1基本为在片状的柔性基板2上配置金属配线3、以覆盖该金属配线3的方式配置有含有金属纳米颗粒4的液体5的结构。此外，此处在柔性基板2的上表面接合形成有凹状的液体密封部11的容器12，收容在液体密封部11的液体5被密封于柔性基板2与容器 12之间。在金属配线3的两端，设置有用于从设置在自我修复型配线 1的外部的电源15向金属配线3施加电压的端子部8。
作为自我修复型配线1的外廓部件的柔性基板2和容器12由具有可挠性与伸缩性的绝缘材料构成。与此相对，金属配线3由与自我修复型配线1的外廓部件相比可挠性和伸缩性差的导电性材料构成，如果过度地使自我修复型配线1弯曲或伸缩则会断裂，部分地形成图1 所示那样的裂缝7。
在本实施方式中，作为在金属配线3产生的裂缝7的修复部、采用液体5与作为固体的金属配线3的混合结构这方面受到瞩目。这样的混合结构在后述的各实施方式中也全部相同。特别是本实施方式中的裂缝7的修复部，其利用分散有金属纳米颗粒4的液体5覆盖金属配线3，并且在该金属配线3设置有以能够向金属配线3施加电压并仅在裂缝7产生电场的端子部8。
图2是示意地表示上述自我修复型配线1中、利用金属纳米颗粒4 的电场陷阱进行的修复的情形的图。
在本实施方式中，通过利用金属纳米颗粒4的电场陷阱现象，使可伸缩的柔性基板2上的金属配线3具有自我修复功能。电场陷阱现象由于电场在不一样的区域产生，所以能够有选择地仅修复产生裂缝7 的部分。通过使得被捕获的金属纳米颗粒4在裂缝7架桥而修复金属配线3，再次成为导电性高的金属配线3。
此处，在向产生裂缝7的金属配线3施加电压时，考虑到对金属纳米颗粒4发挥作用的力，其合力FTotal以以下的数1表示。
[数1]
FTotal＝FVDW+FES+FEP+FDEP
上述数1中，FVDW为范德瓦尔斯力，FES为静电斥力，FEP为电泳力，FDE为介电泳力。其中，范德瓦尔斯力FVDW和静电斥力FES由颗粒 (金属纳米颗粒4)或溶剂(液体5)决定，是不依赖于电源15的施加电压的力。此外，在电源15的施加电压为直流或低频时，电泳力FEP和介电泳力FDEP两方发挥作用，但是在高频时，仅介电泳力FDEP发挥作用。该介电泳力FDEP是对金属纳米颗粒4产生电场陷阱现象的力，能够通过对金属配线3施加高频的交流电压，利用电场陷阱现象进行金属配线3的修复。
介电泳力FDEP的时间平均〈FDEP〉以以下的数2表示。
[数2]
〈FDEP〉＝2πε1R3Re[K(ω)]▽Erms 2
此处，ε1为溶液的介电常数，R为颗粒的半径，ω为施加电压的角频率，Erms为电场强度的有效值。此外，Re[K_(ω)](以下，在数式以外，将符号下的下划线“_”同时写在对应的符号之后)是表示被称为Clausius-Mosotti factor的颗粒的极化度的值，介电泳力FDEP的朝向由Re[K_(ω)](K_(ω)的实部)的符号决定。K_(ω)以以下的数 3表示。
[数3]
此处，ε2为颗粒的介电常数，σ1为溶液的电导率，σ2为颗粒的电导率，j为虚数单位。作为一个例子，在作为金属纳米颗粒4的金纳米颗粒分散于水中的情况下，在1016Hz以下的交流电压下成为Re[K_(ω)] ＞0，通过介电泳力FDEP使得金纳米颗粒向裂缝7靠近。因此，在将分散有金纳米颗粒的水作为溶液5使用的情况下，为了利用金纳米颗粒产生电场陷阱，优选令施加至金属配线3的交流电压的频率1016Hz 以下。
图3A示意地表示从点O离开的金属纳米颗粒4从电场受到的介电泳力FDEP，图3B从理论上表示裂缝7内的从点O至金属纳米颗粒4 的距离与介电泳力FDEP的关系。
如上述数2和数3中所示，介电泳力FDEP能够从金属纳米颗粒4 的粒径、电场的强度分布、金属纳米颗粒4的介电常数和电导率、液体5的介电常数和电导率计算，通过代入材料的参数、改变尺寸和电场的参数而进行理论的分析，获得图3B所示的图表。此处，加进金属纳米颗粒4的获得容易性、金属配线3的制作可能性等而决定各部的材料和尺寸。具体而言，作为含有金属纳米颗粒4的液体5，使用分散有Sigma-Aldrich公司制的平均直径40nm的金纳米颗粒的水溶液，并且使用厚度100nm的金配线作为金属配线3。此外，作为施向金配线的施加电压，使用100kHz的交流电压。
图4A示意地表示位于点A的金属纳米颗粒4从电场受到的介电泳力FDEP，图4B表示相对于施向金属配线3的施加电压的介电泳力 FDEP的计算结果。
在该计算中，也使用分散有半径R＝20nm的金纳米颗粒的水溶液作为含有金属纳米颗粒4的液体5，使用来自电源15的100kHz的交流电压V(t)＝Vampsinωt。此外，按金配线的厚度h＝100nm、裂缝7 的宽度d＝200nm，利用数式2计算介电泳力FDEP。图4B表示在图4A的点A、使施向金配线的施加电压的振幅Vamp从0V变化至3V时的介电泳力FDEP的时间平均〈FDEP〉的大小。由于在范德瓦尔斯力FVDW加上静电斥力FES得到的力(FVDW+FES)的大小为10-12N左右，由此也能够预测在介电泳力FDEP的时间平均〈FDEP〉变大的电压振幅 Vamp＝1.70V左右以上产生金纳米颗粒的电场陷阱。
接着，参照图5～图15对本实施方式的实验例进行说明。此处，进行能够利用金纳米颗粒的电场陷阱修复金配线的验证。
首先，不使用以图1所示的柔性基板2为基材的自我修复型配线1，而使用以玻璃基板102为基材的实验用配线101，在该玻璃基板102 上进行人工制作的裂缝7的修复实验。图5表示在形成于玻璃基板102 上的作为金属配线3的金配线制作有宽度200nm的裂缝7的实验用配线101。在实验中，确认了利用金纳米颗粒的电场陷阱如理论上的预测那样修复配线、以及裂缝7的修复能够进行至何种程度的宽度。
在实验中，在玻璃基板102上，利用光刻法制作宽度10μm、厚度 100nm、长度1mm的金配线，之后通过Focused Ion Beam(FIB：聚焦离子束)加工，按200nm至1600nm的宽度，人工制作将金属配线3 横断的、作为断线区域的裂缝7。作为分散有金纳米颗粒的水溶液，使用颗粒浓度7.15×1010个/ml、半径20nm的Sigma-Aldrich公司制741981。而且，利用作为电源15的LCR测试器施加100KHZ的交流电压，同时利用四端子法测量阻抗(交流电阻值)|Z|。
图6是对在宽度200nm的裂缝7使电压振幅Vamp从0.50V增加至3.00V时、金属配线3的阻抗|Z|如何变化进行测定而得到的图。在图6中，电压振幅Vamp为1.65V时阻抗|Z|从104Ω数量级大幅减少至101Ω数量级，之后成为即使施向金属配线3的施加电压升高、阻抗|Z|也不变化的状态。这被认为是通过电场陷阱凝聚的金纳米颗粒在裂缝7架桥而修复了金属配线3。因此，将该电压称为“修复电压 Vheal”。修复后的金属配线3的阻抗与未产生裂缝7的金属配线3为相同数量级，可以说有非常高的自我修复功能。此外，如图7所示，利用Scanning Electron Microscope(SEM：扫描型电子显微镜)对实验后的金属配线进行观察，能够确认金纳米颗粒正在裂缝7进行架桥。
图8表示在不同宽度的裂缝7进行与图6同样的实验时的修复电压Vheal。此处，对具有200nm至1600nm的宽度的裂缝7各进行了五次实验。图中，分数表示相对于试验次数的修复的次数。
图9是裂缝7的宽度为200nm、600nm、1000nm的情况下分别对实验后的金属配线3拍摄的照片。同样，图10是对裂缝7的宽度为 400nm的情况下、对实验后的金属配线3拍摄的照片。
实验的结果，例如在裂缝7的宽度为200nm时，5次中4次修复成功，成功的情况下的修复电压Vheal的平均为1.7V。这样，在裂缝7 的宽度为1000nm以下的情况下，5次中4次以上修复成功，即使裂缝 7的宽度为1200nm以下的情况下，5次中3次以上修复成功。此外，存在当裂缝7的宽度扩大时修复电压Vheal也一起增加的趋势，裂缝7 的宽度为200nm至1200nm之间，修复电压Vheal的平均值从1.70V变化至2.50V。其理由为，从上述数2可知，由于裂缝7的宽度变大，电场强度的有效值Erms变小，电场陷阱所需的电压变大。
另一方面，当裂缝7的宽度扩至1400nm时，5次中仅1次修复，在1600nm未修复。在未修复的金属配线3，当施加的交流电压的振幅 Vamp成为3.00V前后时，在裂缝7的周边产生气泡，当进一步提升电压时，金属配线3发生了熔化。认为当施加电压的振幅Vamp超过3.0V 以上时，会开始溶液和金属配线3的电分解或焦耳热引起的溶液的沸腾和金属配线3的熔化，因此在实验中调查至3.0V为止是否修复。
修复电压Vheal的最大值与最小值的差最大为1.10V左右。这被认为原因在于修复电压Vheal不是电场陷阱开始的电压，而是金纳米颗粒凝聚、在裂缝7架桥时的电压。图6中的测量在各点等待几十秒左右之后使电压振幅Vamp变化，但是介电泳力FDEP的有效的区域所含的金纳米颗粒的数量确定，凝聚的金纳米颗粒的数量每次发生变化。因此认为修复电压Vheal发生变动。实际上，如图8的误差条所示的那样，即使在具有相同宽度的裂缝7，修复电压Vheal的参差不齐也大，并非裂缝7的宽度小就必然被修复，因此认为修复过程中存在随机性的过程。但是，得到了只要是宽度为1000nm以下的裂缝7，通过3.0V以下的电压施加就几乎能够修复的结论。
接着，代替玻璃基板102在可伸缩的柔性基板2上进行实验。在该实验中，作为柔性基板2，使用poly(dimethylsiloxane)(PDMS)。在 PDMS基板上制作宽度10μm、厚度100nm的金配线，通过FIB加工制作宽度270nm的裂缝7。以与玻璃基板102上相同条件进行修复的结果是，修复电压Vheal为1.60V。图11表示在使电压振幅Vamp从0.50V 增加至3.00V时，对金属配线3的阻抗|Z|如何变化进行测定的结果。
由于玻璃基板102改为PDMS基板，考虑范德瓦尔斯力FVDW和静电斥力FES的大小、裂缝7的截面形状发生变化的可能性。但是，实验中的修复电压Vheal为与玻璃基板102相同的值。这被认为原因在于，金配线的厚度为100nm，从PDMS基板受到的范德瓦尔斯力FVDW和静电斥力FES的影响小等。图12是裂缝7的宽度为270nm的情况下、金修复属配线3后的裂缝7的显微镜照片和SEM照片，与玻璃基板101 上的实验一样，金纳米颗粒在裂缝7架桥。即，判明了即使在使用PDMS 的柔性基板2上，也能够利用金纳米颗粒的电场陷阱现象对金配线进行自我修复。
这样，在玻璃基板102上制作宽度10μm、厚度100nm、长度1mm 的金配线制作，对使该金配线产生了200nm至1600nm的宽度的裂缝7 的实验用配线101，使用分散有颗粒浓度7.15×1010个/ml、半径20nm 的金纳米颗粒的水溶液，进行金配线的修复实验。其结果是，判明了裂缝7的宽度为200nm至1200nm的金配线如果以100kHz的频率、从电源15对金配线施加振幅Vamp为1.70V至2.50V的范围的交流电压，则在金纳米颗粒发生电场陷阱现象，金纳米颗粒在裂缝7架桥，能够修复金配线。此外，被修复的金配线的阻抗|Z|减少至与产生裂缝7 之前相同的101Ω数量级，能够维持高的电导性。
进一步，在另一实验中，在PDMS基板上制作宽度10μm、厚度 100nm的金配线，使该金配线产生270nm的宽度的裂缝7，在这样的金配线，在1.60V的修复电压Vheal、在金纳米颗粒产生电场陷阱现象，金纳米颗粒在裂缝7架桥，能够修复金配线。这与玻璃基板101上的实验结果相同。
接着，关于金纳米颗粒的粒径依存性，图5同样地使用以玻璃基板102为基材的实验用配线101，在该玻璃基板102上进行人工制作的裂缝7的修复实验。对金属纳米颗粒发挥作用的力如上述那样以数1 所示的合力FTotal表示。数1的右边所示的各力受金属纳米颗粒的粒径的影响，作为范德瓦尔斯力FVDW和静电斥力FES的和的FVDW+FES与r 成比例，介电泳力FDEP与r3成比例(r为金属纳米颗粒的颗粒半径)。因此，预测裂缝7的修复的效果根据金纳米颗粒的粒径而不同。
在实验中，在玻璃基板102上，利用光刻法制作宽度10μm、厚度 500nm、长度1mm的金配线，之后通过Focused Ion Beam(FIB：聚焦离子束)加工，人工制作将金属配线3横断的、作为断线区域的裂缝7。此外，进行了作为金纳米颗粒、使用半径20nm和半径200nm这两种颗粒的实验。关于裂缝宽度，在使用颗粒半径20nm的情况下为宽度 250nm至1250nm，在使用颗粒半径200nm的情况下为宽度500nm至 3500nm。作为分散有金纳米颗粒的溶液，为了尽量使颗粒半径以外的条件一致，使用颗粒浓度7.2×1010个/ml、半径20nm的Sigma-Aldrich公司制741981和颗粒浓度1.9×108个/ml、半径200nm的Sigma-Aldrich 公司制742090。而且，通过作为电源15的LCR测试器施加100KHZ 的交流电压，同时利用四端子法测量阻抗(交流电阻值)|Z|。
图13是测定在宽度500nm的裂缝7使电压振幅Vamp从0.1V增加至2.5V时、金属配线3的阻抗|Z|如何变化的图。在图13，颗粒半径为20nm的情况下、电压振幅Vamp为2.2V时，或者颗粒半径为200nm 的情况下、电压振幅Vamp为1.8V时，阻抗|Z|从104Ω数量级大幅减少至101Ω数量级，之后成为即使施向金属配线3的施加电压升高，阻抗|Z|也不变化的状态。能够了解到：被认为利用电场陷阱凝聚的金纳米颗粒在裂缝7架桥而修复了的金属配线3的修复电压Vheal由于使金纳米颗粒的粒径变大而降低。此外，如图14所示，利用ScanningElectron Microscope对实验后的金属配线进行观察，确认到金纳米颗粒正在在裂缝7进行架桥。另外，如图14A所示，确认到在颗粒半径20nm 时凝聚的颗粒溶解、产生大小为几百nm的块状的情形。
图15表示在不同宽度的裂缝7进行与图13同样的实验时的修复电压Vheal。此处，在使用颗粒半径20nm的情况下相对于具有250nm 至1600nm的宽度的裂缝7、在使用颗粒半径200nm的情况下相对于具有500nm至3500nm的宽度的裂缝7，各进行5次(3500nm的宽度仅进行3次)实验。图中，分数表示相对于试验次数的修复的次数。
实验的结果，在相同的颗粒半径，如果裂缝7的宽度变大则发生修复电压也变大。在颗粒半径为20nm的情况下，宽度为1000nm为止的裂缝7在施加电压的振幅Vamp为3.2V以下时发生修复，在颗粒半径为200nm的情况下，宽度为3500nm为止的裂缝7在施加电压的振幅Vamp为4.0V以下时发生修复。此外，与颗粒半径为20nm相比，使用 200nm的金纳米颗粒时发生对各裂缝7的宽度的修复的电压更小，以相同的施加电压能够修复更大的裂缝。
接着，对图1所示的自我修复型配线1的作用效果进行说明。本实施方式的自我修复型配线1由于例如由PDMS构成的柔性基板2和容器12具有可挠性和伸缩性，所以能够利用外力任意地弯曲或伸缩。在这方面，虽然在现有技术中在广泛地进行柔性显示器和柔性传感器片等的开发，但是这样的可挠式器件多具有弯曲至某个曲率半径为止的可挠性，而不具有伸缩性。
此外，当过度地使自我修复型配线1弯曲或伸缩时，虽然金属配线3部分地断裂而产生裂缝7，但是如果将电源15的两端与端子部8 连接，从电源15向金属配线3施加上述那样的交流电压，则会在裂缝 7的部分产生电场，发生仅介电泳力FDEP作用于液体5中的金属纳米颗粒4的电场陷阱现象，该金属纳米颗粒4在裂缝7架桥，金属配线3 仅在裂缝7的部分被有选择地修复。通过该自我修复型配线1的自我修复功能，作为电气配线能够具有高的电导率且具有高的伸缩耐受性。
如上所述，本实施方式的自我修复型配线1在作为第一基材的柔性基板2配置有作为电气配线的金属配线3，作为在金属配线3产生的裂缝7的修复部，实现以分散有作为导电性颗粒的金属纳米颗粒4的液体5覆盖金属配线3的独自的混合结构。
在这种情况下，即使在金属配线3产生裂缝7，只要利用有选择地仅对裂缝7的部分发挥作用的力，使得液体5中的金属纳米颗粒4在裂缝7架桥，金属配线3就会仅在裂缝7的部分被有选择地修复。因此，与现有技术相比，能够利用含有金属纳米颗粒4的液体5与作为固体的金属配线3的混合结构，提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线1。
此外，本实施方式的自我修复型配线1能够向金属配线3进行电压施加，将仅使裂缝7的部分产生电场的端子部8设置在金属配线3。
在这种情况下，即使伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生裂缝7，只要利用端子部8向该金属配线3施加所望的电压，就能够作为仅有选择地对裂缝7的部分发挥作用的力、使由介电泳力FDEP引起的电场陷阱现象产生于液体5中的金属纳米颗粒4。由此，能够使得金属纳米颗粒4在裂缝7架桥，不从外部施加热，仅利用物理的力修复金属配线3。
此外，本实施方式的自我修复型配线1的特征在于：导电性颗粒为作为金属颗粒的金属纳米颗粒4，由此能够在特别使用金属纳米颗粒 4作为导电性颗粒的结构中提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线1。
此外，本实施方式的自我修复型配线1的特征在于：作为第一基材的柔性基板2可伸缩，由此即使伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生裂缝7，也能够在裂缝的部分有选择地修复该金属配线3。
此外，本实施方式的自我修复型配线1的特征在于：电气配线为金属配线3，由此能够在特别使用金属配线3作为电气配线的结构中，提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线1。
图16表示本发明的第二实施方式中的自我修复型配线21的基本结构。在本实施方式中，不是第一实施方式那样的使用电场的方法，作为使用表面的差异的方法，提示特别通过表面修饰对在金属配线3 产生的裂缝7进行自我修复的方法。此处的伸缩配线21不设置第一实施方式中的端子部8或电源15，代之以使金属纳米颗粒4的表面和与液体5相接的金属配线3的表面带负电荷22、使在裂缝7的部分与液体5相接的柔性基板2的表面以正电荷23带电的结构。
而且，在本实施方式中，虽然未对金属配线3施加电压，但是上述的范德瓦尔斯力FVDW和静电力也对金属纳米颗粒4发挥作用。范德瓦尔斯力(引力)FVDW虽然难以控制，但是静电力通过表面正带电还是负带电决定作为引力发挥作用还是作为斥力发挥作用，这点能够通过表面的分子修饰容易地改变。因此，如果如图16所示那样在伸缩配线21附加金属纳米颗粒4和金属配线3的各表面在液体5中负带电、柔性基板(硅酮橡胶)2的表面在液体5中正带电那样的静电力赋予机构(未图示)，则能够使得金属纳米颗粒4在柔性基板2露出的裂缝7 的部分架桥，仅有选择地在该部分修复金属配线3。这在修复中不需要电压、不存在漏电流和绝缘破坏的问题方面比第一实施方式那样的使用电场的方法优异。
如上所述，本实施方式的自我修复型配线1进一步包括使金属配线3的表面带与作为金属颗粒的金属纳米颗粒4的表面相同极性的负电荷22、使在裂缝7的部分与液体5相接的作为第一基材的柔性基板 2的表面带与金属纳米颗粒4的表面不同极的正电荷23的结构。
在这种情况下，即使伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生裂缝7，作为仅有选择地对裂缝7的部分发挥作用的力，也能够特别利用表面的分子修饰的差异、使静电力对液体5中的金属纳米颗粒4发挥作用。由此，能够使得金属纳米颗粒4在柔性基板2露出的裂缝7的部分架桥，不从外部施加热，仅利用物理的力修复金属配线3。此外，在修复时不需要施加电压，还能够避免漏电流和击穿的问题。
另外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，导电性颗粒除金属颗粒以外还可以为含有金属的化合物的颗粒、焊料等的合金颗粒、半导体颗粒、导电性高分子、碳纳米管和富勒烯等的碳颗粒或它们的组合。在半导体颗粒和导电性高分子中，还能够通过使得上述的范德瓦尔斯力FVDW、静电斥力FES、介电泳力FDEP发挥作用或表面修饰而改变表面的电荷。此外，在第一实施方式和第二实施方式中，作为分散导电性颗粒的流动体，还能够使用气体(空气、gas、真空等)代替液体5。这一点特别在宇宙用途中很重要。
图17表示本发明的第三实施方式中的自我修复型配线31的基本结构。在本实施方式中，作为第一实施方式那样的使用电场的方法，提示利用特别以产生了裂缝7的一方金属配线3为阳极3A、以另一方金属配线3为阴极3B而向其间施加来自电源15的直流电压的电镀的方法。此处的伸缩配线31为了利用仅在裂缝7的部分产生的电场进行电镀，作为不溶解金属纳米颗粒4而是溶解有例如铜离子Cu2+等的金属离子的水溶液的液体5覆盖金属配线3地配置。
而且，在本实施方式中，当使伸缩配线31过度弯曲或伸缩时，金属配线3部分地断裂而产生裂缝7，但是如果将电源15的两端与端子部8连接、从电源15向金属配线3施加直流电压，则仅在裂缝7的部分产生电场，溶于液体5的金属离子由于电化学反应而作为固体金属向金属配线3的阳极3A侧析出。之后，该固体金属在裂缝7架桥，由此金属配线3仅在裂缝7的部分被有选择地修复。
另外，在上述电化学反应中，在金属配线3的阴极3B侧产生金属作为金属离子溶于液体5的反应，但是在电镀中电场集中于尖角，比其它部位更迅速地进行电镀，因此如果利用该电镀速度的差异，则即使没有修复整个金属配线3，金属配线3的一部分也会连结起来。
如上所述，本实施方式的自我修复型配线31实现在作为可伸缩的第一基材的柔性基板2配置有金属配线3、作为伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生的裂缝7的修复部而以溶解有金属离子的液体5 覆盖金属配线3的独自的混合结构。
在这种情况下，即使伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生裂缝7，只要利用仅对裂缝7的部分有选择地发挥作用的力，从液体5 中的金属离子析出的固体金属在裂缝7架桥，金属配线3就会在裂缝7 的部分有选择地被修复。因此与现有技术相比，能够利用含有金属离子的液体5和作为固体的金属配线3的混合结构，提供兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线31。
此外，本实施方式的自我修复型配线31能够向金属配线3进行电压施加，将仅使裂缝7的部分产生电场的端子部8设置在金属配线3。
在这种情况下，即使伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生裂缝7，只要利用端子部8向该金属配线3施加所要求的电压，就能够通过利用作为仅对裂缝7的部分有选择地发挥作用的力，由利用电场的电镀、从液体5中的金属离子析出固体金属。由此，析出的固体金属在裂缝7架桥，能够不从外部施加热，仅利用电化学的力来修复金属配线3。
图18表示本发明的第四实施方式中的自我修复型配线41的基本结构。在本实施方式中，作为第二实施方式那样的利用表面的差异的方法，特别提示无电解电镀的电化学的方法。此处的伸缩配线41与第三实施方式一样使用溶液有金属离子的水作为溶液5，但是不设置第三实施方式那样的端子部8和电源15，作为替代方式，为了仅在树脂的柔性基板2的表面进行无电解电镀而在该柔性基板2实施前处理。
而且，在本实施方式中，当使伸缩配线41过度弯曲或伸缩时，金属配线3部分地断裂而产生裂缝7，当在其裂缝7的部分、被实施了前处理的柔性基板2露出而与液体5接触时，溶于液体5的金属离子由于电化学反应而作为固体金属的电镀层42向柔性基板2的表面析出。之后，电镀层42在裂缝7架桥，由此金属配线3仅在裂缝7的部分被有选择地修复。
如上所述，本实施方式的自我修复型配线41进一步具有通过无电解电镀使固体金属作为电镀层42从金属离子仅析出至在裂缝7的部分与液体5相接的柔性基板2的表面的结构。
在这种情况下，即使伴随柔性基板2的伸缩而在金属配线3产生裂缝7，能够通过作为仅对裂缝7的部分有选择地发挥作用的力、利用表面修饰的差异的无电解电镀，使固体金属作为电镀层42从金属离子仅析出至在裂缝7的部分与液体5相接的柔性基板2的表面。由此，能够使得析出的电镀层42在裂缝7架桥，不从外部施加热，仅利用电化学的力来修复金属配线3。此外，在修复的时不需要施加电压，还能够避免漏电流和绝缘破坏的问题。
另外，在上述第三实施方式和第四实施方式中，溶解有金属离子的液体5也可以为含有金属的化合物、化合物离子或者含有或溶解有它们的组合的流动体。
根据图19～图22对本发明的第五实施方式进行说明。在本实施方式中，通过使得金属纳米颗粒4在裂缝7之间架桥后熔化，降低修复后的电阻。具体而言，在将金属纳米颗粒4利用电场陷阱或表面修饰进行自我修复之后，如图19所示那样，利用电源15向作为配线部的金属配线3施加电压(在电场陷阱的情况下即使修复也施加电压，因此还能够直接持续地施加电压)。由于修复部与配线部相比为高电阻，所以利用焦耳热(电阻加热)有选择地加热修复部。进一步，已知金属纳米颗粒4与作为具有一定程度的大小的块状的大块金属相比融点低，因此认为金属纳米颗粒4在配线部由于焦耳热而熔化之前熔化。因此，如在第一实施方式中也说明的那样，发生修复部的金属纳米颗粒4的熔化，在裂缝7之间形成熔化部18。如果利用一定程度的量的金属纳米颗粒4进行架桥，则修复部的金属纳米颗粒4熔化，由熔化部18填埋裂缝7的间隙，因此与使金属纳米颗粒4架桥的情况相比能够降低电阻。
此外，作为用于有选择地对修复部进行加热的热源，也可以代替上述的焦耳热对自我修复型配线1的整体进行加热或进行激光加热。在这种情况下，也为如下情形：因为已知金属纳米颗粒4与作为具有一定程度的大小的块状的大块金属相比融点低，所以即使对自我修复型配线1的整体进行加热也能够仅使金属纳米颗粒4熔化。
实际上，在图20～图22表示在裂缝部架桥的金纳米颗粒熔化的情形。图20表示金纳米颗粒在裂缝部被捕获的情形，图21表示金纳米颗粒由于焦耳热(电阻加热)而熔化、其一部分熔化成为大的块状的情形，图22表示金纳米颗粒严重熔化成为块状的情形。
本实施方式中说明的使用焦耳热的金属纳米颗粒4的熔化在第一实施方式中说明的使用金属纳米颗粒4的电场陷阱和第二实施方式中说明的表面修饰中有效，也可以与第三实施方式的电解电镀和第四实施方式的无电解电镀同时使用。即，在第三实施方式和第四实施方式中，通过向金属配线3进行电压施加使析出至裂缝7的部分的固体金属由于焦耳热而比金属配线3先熔化。此处也可以代替焦耳热、对自我修复型配线31、41的整体进行加热或进行激光加热。另外，在第二实施方式和第四实施方式中，均作为不设置端子部8和电源15的结构进行了说明，不过在同时使用本实施方式的情况下需要设置端子部8、电源15。
如上所述，在本实施方式中，与上述的第一实施方式和第二实施方式并用，使得作为导电性颗粒的金属纳米颗粒4在裂缝7的部分由于热而比作为电气配线的金属配线3先熔化。
在这种情况下，能够在修复在金属配线3产生的裂缝7之后，仅使在该裂缝的部分被捕获的导电性颗粒加热熔化，与仅使导电性颗粒架桥的情况相比能够降低电阻。
此外，在本实施方式中，与上述的第三实施方式和第四实施方式并用，为了在裂缝7架桥而从金属离子析出的固体金属在裂缝7的部分由于热而比金属配线3先熔化。
在这种情况下，能够在修复在金属配线3产生的裂缝7之后，仅使析出于该裂缝的部分的固体金属加热熔化，与仅使固体金属架桥的情况相比能够降低电阻。
图23表示本发明的第六实施方式中的自我修复型配线1的裂缝7 周边的结构。在该图中，“类型1”表示第一实施方式中说明的单独的金属配线3，“类型2”表示本实施方式中说明的为分割多股的金属配线3。在本实施方式中，除金属配线3的形状不同以外，具有与第一实施方式的自我修复型配线1相同的结构。
由于“类型1”的金属配线3在一端(例如，一个端子部8)与另一端(例如，另一个端子部8)之间仅形成一个电流路径，所以在金属配线3产生裂缝7时的修复点也仅为一个，虽然最后被修复，但是一时之间成为“断线”的状态。
与此相对，“类型2”的金属配线3在一端与另一端之间形成分割为多股的多个电流路径，因此，在金属配线3产生裂缝7时能够形成多个修复点，能够实现在多个电流路径的中、任几处电流路径相联系的结构。由此，虽然根据相联系处的数量存在作为金属配线3的电阻值的变动，但是能够消除成为“断线”的瞬間。
如上所述，本实施方式的自我修复型配线1通过将金属配线3进一步分割而形成多股，即使在裂缝7的修复中也能够避免成为断线的状态。
另外，本实施方式中提案的金属配线3的形状在上述说明的其他的自我修复型配线21、31、41中也能够直接应用。
图24A～图24E表示本发明的第七实施方式中的伸缩器件51的制造方法的一个例子。另外，此处说明的伸缩器件51的制造方法虽然具体但是有限，并不会限定于该制造方法，还可以使用其它方法。
以下，按顺序说明伸缩器件51的制造方法，首先，在图24A，此处例如为了制作具有刚性的分布的基板54，使用无论拉伸或弯曲都不会断裂的硅酮橡胶(PDMS)基板等的高伸缩材料55、以及刚性比高伸缩材料55更高、即使施加力也不怎么变形的Si基板等的高刚性材料 56等杨氏模量大的两种不同的基材。这是为了制作在将基板54向图中左右方向拉动时变形的分布，通过使用相同材质、改变各基材的厚度或者仅在一种基材开孔也能够发挥同样的效果。在本例中，令作为第一基材的高伸缩材料55为Si基板，令作为第二基材的高刚性材料56 为硅酮橡胶基板，但是在硅酮橡胶中也已知有杨氏模量相差10倍的种类(如果将其作为两种基材使用，则在向左右拉动时变形相差1/10倍)，因此即使令所有基板54均为橡胶材料也能够实现。即，此处的基板54 并不限定于各种材质和形状，只要利用第一基材(例如，高伸缩材料 55)和刚性比该第一基材更高的第二基材(例如，高刚性材料56)作制即可。高刚性材料56相当于第一实施方式～第六实施方式中说明的柔性基板2。
在接下来的图24B中，在基板54的表面图形化有金属配线层57。金属配线层57相当于第一实施方式～第六实施方式中说明的金或铜等的金属配线3，因此能够使用真空蒸镀和薄膜粘贴薄膜等现有技术中使用的方法。此处，跨越高伸缩材料55和高刚性材料56地形成金属配线层57，特别在高刚性材料56的表面上的金属配线层57配置有分别成对的第一电极58A、58B、第二电极59A、59B以及第三电极60A、 60B。图中，金属配线层57仅在基板54的一个面设置，不过也可以在基板54的两面设置。
在接下来的图24C中，在基板54的高刚性材料56的部分设置有例如IC等的电气元件63。电气元件63焊接于金属配线层57的第三电极60A、60B，不过即使使用现有技术中使用的不具有伸缩耐受性的材料，只要由高伸缩材料55和在其表面形成的金属配线层57形成的配线部具有第一实施方式～第六实施方式中说明的那样的伸缩耐受性和修复功能，最后也能够实现作为整个伸缩器件51具有伸缩耐受性的结构。
在接下来的图24D中，分别制作图形化为成为上述的液体5的密封部的流路部71和凹陷形成有电气元件63的收容部72的硅酮橡胶 (PDMS)的密封体73，并将之与图24C的状态的基板54接合。此处的接合利用一般在制作被称为PDMS-PDMS bonding微型流路等时使用的方法，接合力强，密封的液体5不会漏出。此外，硅酮橡胶还进行施加气压而如气球那样膨胀等的用途，拉动接合部也不会破裂。即使是硅酮橡胶也当然存在断裂的界限，不过还存在相对于原来的尺寸 200％拉伸的硅酮橡胶。密封体73相当于第一实施方式～第六实施方式中说明的容器12，流路部71相当于第一实施方式～第六实施方式中说明的液体密封部11。
这样，当将密封体73与基板54接合时，能够获得图24E所示那样的完成状态的伸缩器件51。在伸缩器件51的完成状态，收容在流路部71的液体5以与高伸缩材料55上的金属配线层57相接的状态被密封于密封体73与基板54之间。此外，为了能够进行伸缩器件51与其它电气设备的电连接，第一电极58A、58B和第二电极59A、59B不被密封体73覆盖而露出至高刚性材料56上。
另外，液体5既可以在将密封体73与基板54与接合密封时预先放入流路部71，也可以在密封后从外部注入，并堵塞与流路部71连通的注入口。此外，考虑到漏电流等，例如如果如图24E所示那样以使得液体5不与电气元件63接触的方式划分形成密封体73的流路部71，则不会产生漏电流等的问题。
图25是用于说明图24A中使用“具有刚性的分布的基板54”的理由的图，示意地表示使伸缩器件51伸缩变形时的变形的分布。在该图中，相对于完成的伸缩器件51、向左右施加相同的力而产生伸缩变形时，在高刚性材料56安装有电气元件63的无变形区域不变形，仅上下均硅利用橡胶的高伸缩材料55与密封体73形成的高变形区域的部分伸缩。该高变形区域相当于第一实施方式～第六实施方式中说明的自我修复型配线1、21、31、41，因此如果随着使伸缩器件51伸缩而在金属配线3产生裂缝7，则能够利用第一实施方式～第六实施方式的方法修复该裂缝7。
另外，上述的伸缩器件51的制造方法自身作为一个例子并不那么特殊，但是通过使用具有刚性的分布的基板54，能够作为伸缩器件51 任意地控制变形的分布。此外，在本实施方式中，不对电气元件63要求修复功能，仅对配线、即金属配线层57要求，这也是一个特征。例如，在有机EL元件和有机半导体元件那样的功能元件追求弯曲耐受性、伸缩耐受性的研究正在积极进行，不过当采用图24E所示那样的伸缩器件51的结构时，即使包含功能元件的电气元件63自身不具有伸缩性，作为器件整体也能够具有伸缩性和修复功能。现状下，与使用有机材料的电气元件63相比使用无机材料的电气元件63在性能方面更优异，但是能够保留这样的历来积存的功能元件地实现具有伸缩性和修复功能的柔性的伸缩器件51。这意味着与自有机材料等的材料研发开始进行相比、使用无机材料制造柔性的伸缩器件51在工业上更快且更现实，能够将本实施方式中的伸缩器件51作为实现性高的途径掌握。
接着，关于伸缩器件51的利用方法，对一个例子进行说明，在图 24E中，在通常使用时，在一个第一电极58A与一个第二电极59A之间施加电气元件63的驱动电压，利用伸缩器件51，另一方面，例如在与第一电极58A侧相连的金属配线层57断裂的情况下，向一个第一电极58A与另一个第一电极58B施加修复电压，修复伸缩器件51。这成为将施加电气元件63的驱动电压的电源与施加金属配线层57的修复电压的电源(相当于上述的电源15)分开的例子。不过，作为另一例子，认为作为实际的伸缩器件51优选与驱动电压重叠地施加修复电压等。此外，在本实施方式中，与裂缝7的产生处相应地，第一电极58A、 58B和第二电极59A、59B均能够作为向金属配线层57施加修复电压的端子部。
如上所述，在与第一电极58A侧相连的金属配线层57断裂的情况下，向一个第一电极58A和另一个第一电极58B施加修复电压，但是例如在第一实施方式中，金属配线层57的修复所需的交流电压的振幅 Vamp为3V以下，因此，只要是例如动作电压为5V的电气元件63，就不存在由于修复中施加的电压而损坏电气元件63的问题。此外，能够通过改变液体5的种类(介电常数)，降低修复电压。
图26表示将平面制作的伸缩器件51粘贴于曲面使用的一个例子。
作为不仅将伸缩器件51弯曲使用时、而且拉伸使用时的用途，具有在正在使用时需要伸缩的第一用途和虽然正在使用时不需要伸缩但是在粘贴至对象物时需要伸缩的第二用途。在第一用途中，设想将伸缩器件51安装在可动部(机器人的肘等)使用的情况，或者作为粘贴在作为活体的人、取得体温和健康信息的传感器片实现伸缩器件51的情况下，也对伸缩器件51要求伴随活体的伸缩的伸缩性。
在第二的用途中，对象物，如果例如在圆柱粘贴使用伸缩器件51，则仅通过将平面片状的伸缩器件51弯曲就能够以伸缩器件51覆盖整个圆柱，但是在对象物为球面的情况下，如果不使平面片状的伸缩器件51伸缩，就不能以伸缩器件51覆盖整个球面。关于这一点，只要考虑作为粘贴的对象物的曲面的高斯曲率，就知道是仅进行弯曲变形即可还是需要进行伸缩变形。即，如果考虑在高斯曲率不是零的对象物的曲面粘贴使用，则需要使伸缩器件51可伸缩变形。
例如，当如图26所示那样将制作成半径r的圆板片状的伸缩器件 51(面积为πr2)粘贴在球形的对象物S的半球面(面积2πr2)时，因为面积为2倍，所以按相似比为√2倍，作为伸展(变形)，相对于拉伸前的形状增加41％(＝(√2-1)×100)。此处，作为极端的例子，考虑将平板状的伸缩器件51安装在半球面的情况，实际上认为即使伸展为 10％左右的伸缩器件51、利用范围也非常广阔。
如上所述，本实施方式的伸缩器件51利用作为第一基材的高伸缩材料55和与该高伸缩材料55相比刚性高的高刚性材料56构成基板 54，仅在高刚性材料56安装各种电气元件63。
在这种情况下，在伸缩器件51发生变形时，安装在高刚性材料56 的电气元件63不变形，仅高伸缩材料55的部分发生伸缩，即使在安装在此的金属配线层57产生裂缝7的情况下，也能够利用作为修复部的自我修复型配线1、21、31、41的混合结构对该裂缝7进行自我修复。因此，即使直接使用历来的没有伸缩特性的电气元件63，也因为自我修复型配线1、21、31、41的部分具有伸缩耐受性和修复功能而能够作为伸缩器件51整体具有伸缩耐受性。
第七实施方式中，对使用具有刚性分布的基板54的例子进行了说明。在这种情况下，成为裂缝7的断线部分在高变形区域产生。在本实施方式中，利用这样的现象或者利用其它方法，控制断线部分的产生区域。通过这样控制断线的区域，能够将断线部分限定为一处或者制造多处。通过将断线区域限定为一处，能够降低修复电压。另一方面，通过使断线区域分散于多处，能够防止断线間隔变得过大，能够防止修复费时和修复变难。
具体而言，通过将配线(金属配线3和金属配线层57)的一部分区域的厚度和宽度形成得比其它区域小，能够产生断线。此外，也可以在作为基底的柔性基板2和高伸缩材料55等设置凹凸，形成在拉动时容易集中应力的形状，以比其它区域容易产生断线。此外，还可以通过将第七实施方式中所示的高变形区域和低变形区域交替地形成多个，以在多个特定的区域产生断线。
如上所述，在本实施方式中，以使得在作为电气配线的金属配线3 和金属配线层57的规定的场所产生裂缝7的方式，构成金属配线3和金属配线层57或作为第一基材的柔性基板2和高伸缩材料55的至少一方。由此，能够控制成为裂缝7的断线部分的产生区域。
以上，对本发明的各实施方式进行了说明，但该实施方式只不过作为例子进行的提示，并不用于限定发明的范围。此处提示的实施方式能够利用其它各种方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。
例如，金属(纳米)颗粒除金以外也能够采用银、铜、铝。此外，通过对非专利文献4中记载的那样的、通过将金属配线形成为之字形而获得伸缩性的已有的电气配线同时使用本发明的自我修复功能，能够获得兼具高导电性和高伸缩性的自我修复型配线和伸缩器件一个优选实施方式。
此外，液体5也可以使用Fluorinert(フロリナート)(注册商标：住友3M株式会社制)等的绝缘性液体、离子液体等的不挥发性液体。此外，还可以利用含有液体的凝胶材料构成液体5，以使得液体5在自我修复型配线1、21、31、41在被刀具切断时等也不泄露。
工业上的可利用性
认为利用具有伸缩性的配线部与微小的传感器元件的组合，能够实现即使传感器元件部不变形、作为整体也具有伸缩性的伸缩器件51。由此，能够期待能够在粘贴于球面等的曲面的传感器片和可伸缩的显示器等的应用。
此外认为：通过完成本发明的课题，能够作为伸缩器件51实现密封状或湿布状的柔性传感器片和柔性显示器。认为高伸缩耐受性这一性质并不限定于在使用时需要伸缩性时的用途，例如在粘贴于自由曲面的用途中均需要，因此在工业上的波及效果大。
作为具体的例子，作为伸缩器件51的工业上的可利用性，考虑在曲面也能够粘贴的柔性太阳能电池片、如橡皮膏和湿布那样粘贴于活体而测量或估测体温、脉波(脉搏)、血液氧饱和度、血糖值等的健康监测片和粘贴于机械手的指尖的触覚传感器片等。此外， 不仅产业应用，而且还更多考虑在泳装或飞机的翼面、棒球的表面等粘贴流速传感器而测量例子流体的力等、用于学术上的现象解释的利用。
附图标记的说明
1、21、31、41 自我修复型配线
2 柔性基板(第一基材)
3 电气配线
4 金属纳米颗粒(导电性颗粒)
5 液体(流动体)
7 裂缝
8 端子部
54 基板
55 高伸缩材料(第一基材)
56 高刚性材料(第二基材)
57 金属配线层(电气配线)
58A、58B 第一电极(端子部)
59A、59B 第二电极(端子部)
63 电气元件

Claims (47)

1.一种自我修复型配线，其特征在于：
具备在第一基材配置电气配线、作为在所述电气配线产生的裂缝的修复部而以分散有导电性颗粒的流动体覆盖所述电气配线的结构，
所述第一基材的上表面接合容器，所述流动体被密封于所述第一基材与所述容器之间，
所述第一基材和所述容器构成所述自我修复型配线的外廓部件。
2.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
将能够向所述电气配线进行电压施加并仅使所述裂缝的部分产生电场的端子部设置于所述电气配线。
3.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
使所述电气配线的表面与所述导电性颗粒的表面以相同极性带电，使在所述裂缝的部分与所述流动体相接的所述第一基材的表面与所述导电性颗粒的表面以不同极性带电。
4.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒在所述裂缝的部分，与所述电气配线相比，先因热而熔化。
5.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒为金属颗粒。
6.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
7.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
8.如权利要求1所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
9.如权利要求2所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒在所述裂缝的部分，与所述电气配线相比，先因热而熔化。
10.如权利要求2所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒为金属颗粒。
11.如权利要求2所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
12.如权利要求2所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
13.如权利要求2所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
14.如权利要求3所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒在所述裂缝的部分，与所述电气配线相比，先因热而熔化。
15.如权利要求3所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒为金属颗粒。
16.如权利要求3所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
17.如权利要求3所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
18.如权利要求3所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
19.如权利要求4所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述导电性颗粒为金属颗粒。
20.如权利要求4所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
21.如权利要求4所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
22.如权利要求4所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
23.如权利要求5所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
24.如权利要求5所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
25.如权利要求5所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
26.一种自我修复型配线，其特征在于：
具备在第一基材配置电气配线、作为在所述电气配线产生的裂缝的修复部而以溶解有金属离子的流动体覆盖所述电气配线的结构，
所述第一基材的上表面接合容器，所述流动体被密封于所述第一基材与所述容器之间，
所述第一基材和所述容器构成所述自我修复型配线的外廓部件。
27.如权利要求26所述的自我修复型配线，其特征在于：
将能够向所述电气配线进行电压施加并仅使所述裂缝的部分产生电场的端子部设置在所述电气配线。
28.如权利要求26所述的自我修复型配线，其特征在于：
设为如下结构：通过无电解电镀使固体金属从所述金属离子仅析出于在所述裂缝的部分与所述流动体相接的所述第一基材的表面。
29.如权利要求26所述的自我修复型配线，其特征在于：
从所述金属离子析出的固体金属在所述裂缝的部分，与所述电气配线相比，先因热而熔化。
30.如权利要求26所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
31.如权利要求26所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
32.如权利要求26所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
33.如权利要求27所述的自我修复型配线，其特征在于：
从所述金属离子析出的固体金属在所述裂缝的部分，与所述电气配线相比，先因热而熔化。
34.如权利要求27所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
35.如权利要求27所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
36.如权利要求27所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
37.如权利要求28所述的自我修复型配线，其特征在于：
从所述金属离子析出的固体金属在所述裂缝的部分，与所述电气配线相比，先因热而熔化。
38.如权利要求28所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
39.如权利要求28所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
40.如权利要求28所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
41.如权利要求29所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述第一基材能够伸缩。
42.如权利要求29所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
43.如权利要求29所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
44.如权利要求30所述的自我修复型配线，其特征在于：
所述电气配线为金属配线。
45.如权利要求30所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
46.如权利要求31所述的自我修复型配线，其特征在于：
以在所述电气配线的规定的部位产生裂缝的方式构成所述电气配线或所述第一基材的至少一方。
47.一种伸缩器件，其特征在于，
包括权利要求1～46中的任一项所述的自我修复型配线，
利用所述第一基材和刚性比该第一基材高的第二基材构成基板，仅在所述第二基材安装电气元件。
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