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May 30, 2023

Utilizzo di un metallo liquido solidificato per costruire componenti elettronici flessibili 3D

Articolo del 23 febbraio 2023 Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso il contenuto

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Negli ultimi anni, ingegneri e scienziati dei materiali hanno cercato di identificare materiali particolarmente promettenti per la creazione di componenti elettronici flessibili di diverse forme e dimensioni. In definitiva, questi componenti elettronici potrebbero essere integrati in dispositivi indossabili (ad esempio, orologi intelligenti e dispositivi medici per monitorare i segnali biologici), robot morbidi e altri sistemi.

Tra i molti tipi di materiali che potrebbero essere utilizzati per fabbricare componenti elettronici estensibili ci sono i metalli liquidi a base di leghe di gallio, che sono essenzialmente miscele di metalli che includono il gallio. Le leghe di gallio liquido sono intrinsecamente fluide e altamente conduttive, due proprietà vantaggiose per la creazione di componenti elettronici morbidi o flessibili.

Tuttavia, finora la costruzione di circuiti tridimensionali (3D) utilizzando metalli liquidi si è rivelata impegnativa. Ciò ha posto limiti alle possibili strutture che possono essere create utilizzando leghe di gallio liquido, ostacolandone l'uso diffuso per la creazione di dispositivi elettronici morbidi ed estensibili.

I ricercatori dell’Harbin Institute of Technology e dell’Accademia cinese delle scienze hanno recentemente fabbricato componenti elettronici flessibili con circuiti 3D utilizzando una lega liquida di gallio-indio. Il loro articolo, pubblicato su Nature Electronics, identifica una lega di gallio con qualità adeguate per lo sviluppo di componenti elettronici flessibili, tra cui una transizione di fase solido-liquido, resistenza meccanica e una buona plasticità allo stato solido.

"Abbiamo dimostrato che una lega di gallio-indio può essere utilizzata per fabbricare componenti elettronici flessibili con circuiti 3D sfruttando la transizione di fase solido-liquido e la deformazione plastica del metallo liquido", hanno scritto Guoqiang Li e i suoi colleghi nel loro articolo.

Per fabbricare componenti elettronici flessibili utilizzando la loro lega di gallio-indio, Ga10In, i ricercatori hanno prima raffreddato un campione sfuso della lega a basse temperature. Questo processo ha permesso loro di modellare il materiale in fili e fogli metallici solidi.

"Fili di lega solidi ma plasticamente deformabili vengono modellati in circuiti a basse temperature (sotto i 15 gradi Celsius) e incapsulati in un elastomero, prima di essere riscaldati al di sopra della loro temperatura di fusione", hanno spiegato Li e i suoi colleghi nel loro articolo. "Successivamente, l'effetto di superraffreddamento consente alla lega di mantenere uno stato liquido in un ampio intervallo di temperature, anche al di sotto del punto di fusione."

Incapsulando le strutture prefabbricate di metallo liquido in un elastomero e riscaldandole a una temperatura superiore a 22,7 gradi Celsius, il team ha assicurato che queste strutture recuperassero la loro fluidità. Il processo ha prodotto un metallo liquido estensibile che conduce elettricità e può quindi essere utilizzato per creare componenti elettronici flessibili.