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Jun 01, 2023

Liquido

Un team coreano ha utilizzato le onde sonore per collegare minuscole goccioline di metalli liquidi all’interno di un involucro polimerico. La nuova tecnica è un modo per realizzare circuiti resistenti e altamente conduttivi che possono essere flessi e

Un team coreano ha utilizzato le onde sonore per collegare minuscole goccioline di metalli liquidi all’interno di un involucro polimerico. La nuova tecnica è un modo per realizzare circuiti resistenti e altamente conduttivi che possono essere flessi e allungati fino a cinque volte la loro dimensione originale.

Realizzare componenti elettronici elastici per sensori cutanei e dispositivi medici impiantabili richiede materiali che possano condurre elettricità come i metalli ma deformarsi come la gomma. I metalli convenzionali non sono adatti a questo uso. Per realizzare conduttori elastici, i ricercatori hanno esaminato polimeri conduttivi e compositi di metalli e polimeri. Ma questi materiali perdono la loro conduttività dopo essere stati allungati e rilasciati alcune volte.

I metalli liquidi, le leghe che rimangono liquide a temperatura ambiente, sono un’opzione più promettente. I metalli liquidi a base di gallio, tipicamente leghe di gallio e indio, hanno attirato maggiormente l'attenzione a causa della loro bassa tossicità e dell'elevata conduttività elettrica e termica. Sono inoltre resistenti a causa della pellicola di ossido che si forma sulla loro superficie e aderiscono bene a vari substrati.

Per realizzare circuiti conduttivi con metalli liquidi a base di gallio, i ricercatori in genere spruzzano o stampano goccioline del materiale su un substrato di plastica elastico o le incorporano all'interno di un polimero gommoso. Solitamente la pelle di ossido deve essere rotta in modo che le goccioline possano combinarsi per formare un percorso conduttivo. Il problema con questi approcci è che i metalli liquidi possono fuoriuscire dopo un po’, afferma Jiheong Kang, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso il Korea Advanced Institute of Science and Technology.

Così lui e i suoi colleghi hanno utilizzato un campo acustico per collegare le goccioline di metallo liquido, che avevano prima incorporato in un polimero. I ricercatori utilizzano goccioline larghe in media da 2 a 3 micrometri, più piccole di quelle utilizzate in precedenza, per ridurre le possibilità che le goccioline si rompano e fuoriescano il metallo liquido.

Quando applicano onde ultrasoniche a una frequenza di 20 kilohertz, le microgocce assorbono le vibrazioni per creare goccioline di dimensioni nanometriche. Queste nanogocce formano un ponte tra le microgocce. Quando il polimero viene allungato, le microgocce si allungano, ma i collegamenti delle nanogocce le mantengono collegate.

Altri hanno già realizzato circuiti estensibili depositando strati ultrasottili di metallo in reti simili a reti o modelli a serpentina. "Con il nostro nuovo materiale, abbiamo dimostrato i primi circuiti stampati elastici senza alcuna ingegneria strutturale", afferma Kang.

Il team ha realizzato i conduttori elastici con quattro diverse leghe di metallo liquido e 15 diversi polimeri. Per dimostrare l'uso dei conduttori, hanno realizzato display estensibili in cui le reti di metallo liquido collegavano micro-diodi emettitori di luce [sopra]. Hanno anche realizzato un sensore per il monitoraggio della frequenza cardiaca altamente estensibile che potrebbe essere attaccato alla pelle di un volontario e misurare la circolazione sanguigna utilizzando la luce [sotto]. I risultati appaiono sulla rivista Science.

Il metodo dei circuiti elastici sperimentato dagli autori "aiuta a superare una grande sfida nella creazione di circuiti conduttivi con compositi polimerici [metallo liquido di gallio]", scrivono Ruirui Qiao dell'Università del Queensland in Australia e Shiyang Tang dell'Università di Birmingham, Regno Unito, in un pezzo prospettico di accompagnamento per il documento Science. “Ma i compositi devono ancora affrontare una serie di sfide produttive”. Ad esempio, è difficile controllare con precisione la dimensione delle goccioline con le tecniche note per produrle.

Kang afferma che lui e i suoi colleghi intendono lavorare per migliorare la risoluzione del modello trovando modi per depositarli più vicini l'uno all'altro. Prevedono inoltre di aumentare ulteriormente la conduttività dei circuiti del metallo liquido.