Ispirato dall'antica arte giapponese della carta del kirigami, un team di ricercatori dell'Università di Buffalo (UB) ha sviluppato un metodo per creare materiali elettronici flessibili fatto di polimeri e nanofili.
Questa nuova tecnica potrebbe portare a miglioramenti nell'abbigliamento intelligente, schermi pieghevoli, carta elettronica e altre applicazioni che richiedono circuiti malleabili.
Il documento completo, che descrive il metodo, è pubblicato sulla rivista Materiale avanzato.
Tradizionalmente, i materiali elettronici sono duri, rigidi e non flessibili. Ciò ha reso difficile per gli scienziati sviluppare elettronica pieghevole che non si rompa.
Ma questa nuova tecnica consente una grande elasticità, che generalmente distruggerebbe le proprietà elettroniche dei materiali, ha detto Shenqiang Ren, Professore di UB presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale e autore principale di questa ricerca.
"Nuovi materiali estensibili e dispositivi ispirati al design kirigami risolvono questo problema combinando proprietà elettroniche ad alte prestazioni con grande elasticità insieme in un unico materiale, che consente deformabilità, torsione e piegabilità significative", ha affermato Ren.
Grazie alla sua capacità di espandersi e piegarsi senza rompersi, i materiali elettronici estensibili possono adattarsi e muoversi con le curve e le curve del corpo umano. Ciò consente lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici indossabili progettati meccanicamente, come pelle artificiale, indumenti intelligenti e altro ancora.
"Abbiamo esaminato i principi di progettazione alla base del kirigami, che è una forma d'arte efficiente e bella, e li abbiamo applicati al nostro lavoro per sviluppare un conduttore di potenza molto più forte ed elastico", ha detto Ren in una dichiarazione.
Tradizionalmente, il polimero, denominato PthTFB, può essere piegato del sei percento rispetto alla sua forma originale prima che cambi la sua conduttività elettronica. Attraverso la nuova tecnica, ispirata ai principi del design giapponese, il polimero può allungarsi fino al 2,000 percento. Inoltre, attraverso questo metodo, la conduttività di PthTFB è aumentata di tre ordini di grandezza.
Lo studio include contributi di modellazione computazionale dei ricercatori della Temple University e utilizza l'ingegneria del nanoconfinement e l'ingegneria delle deformazioni, una tecnica utilizzata per migliorare le prestazioni dei dispositivi nella produzione di semiconduttori.
Tra le molte potenziali applicazioni di questa tecnica, i ricercatori affermano che l'abbigliamento intelligente sarà il più utile. Si prevede che questo settore raggiungerà un valore di $ 4 miliardi entro il 2024.
Per quanto riguarda la fase successiva dello sviluppo, Ren e il suo team stanno "integrando questo materiale con dispositivi funzionali con capacità di rilevamento e conversione dell'energia per l'elettronica autoalimentata", ha spiegato.
Ren è entusiasta delle future applicazioni di questa tecnica, ma riconosce che "ci vorrà tempo per progettare tutti gli aspetti per applicazioni su larga scala".
Ren è anche un membro di UB's RINNOVA Istituto, che sviluppa programmi di ricerca, istruzione e divulgazione su questioni energetiche e ambientali e sulle loro ramificazioni sociali ed economiche.
Questa ricerca è stata sostenuta dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
