Un team di ricercatori della North Carolina State University (NC State) ha sviluppato un metodo per creare un'elettronica flessibile ed estensibile in grado di auto-guarire stampando direttamente circuiti metallici.

La tecnica è applicabile a sistemi di produzione esistenti che richiedono tecnologie di stampa diretta e può essere utilizzata con più metalli e substrati.

Il giornale "Stampa elettroidrodinamica (EHD) dell'inchiostro di metallo fuso per conduttore flessibile ed estensibile con capacità di auto-guarigione" è pubblicato sulla rivista Tecnologie avanzate dei materiali.

L'autore principale dello studio è Yiwei Han, un dottorato studente presso NC State.

"I metodi di stampa tradizionali per l'elettronica flessibile hanno molte limitazioni nel costo del materiale, nella conduttività delle funzioni stampate e nella risoluzione di stampa", ha affermato Jing Jing, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e dei Sistemi Edward P. Fitts di NC State, e autore corrispondente dell'articolo. "In questa ricerca, abbiamo studiato un approccio di stampa EHD per ottenere la stampa ad alta risoluzione di leghe metalliche per la fabbricazione diretta a basso costo di conduttori metallici".

L'approccio a basso costo dei ricercatori dovrebbe offrire un modo efficiente per realizzare circuiti ad alta risoluzione che potrebbero essere implementati in dispositivi commerciali, ha detto Dong in un dichiarazione.

Mentre le tradizionali tecniche di stampa EHD utilizzano l'inchiostro, il nuovo approccio del team utilizza leghe di metallo fuso che possono fondere a temperature inferiori a 60 gradi Celsius. Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato la loro tecnica stampando direttamente tre diverse leghe metalliche su quattro substrati. Un substrato era fatto di vetro, uno di carta e due di polimeri estensibili.

"I conduttori metallici a microscala stampati EHD rappresentano un modo promettente per creare percorsi conduttivi con conduttività metallica e un'eccellente flessibilità ed estensibilità", ha affermato Dong.

Dopo aver testato la resilienza dei circuiti su un substrato polimerico piegando i tempi 1,000, i ricercatori hanno scoperto che la sua conduttività non era influenzata. Hanno continuato a testare la resilienza dei circuiti estendendoli alla tensione tensile 70 per cento, e i circuiti si sono dimostrati ancora elettricamente stabili.

Soprattutto, nel caso in cui i circuiti fossero danneggiati, i ricercatori hanno scoperto che i circuiti si auto-guariscono.

"A causa del basso punto di fusione dell'inchiostro della lega metallica, i circuiti metallici stampati possono essere recuperati dal guasto semplicemente riscaldando il dispositivo sopra la temperatura eutettica dell'inchiostro metallico per far tornare il metallo insieme", ha affermato Dong.

"Con le loro eccellenti capacità di conduttività, estensibilità, auto-guarigione e scrittura diretta ad alta risoluzione, i conduttori metallici stampati EHD possono essere applicati in vaste applicazioni in elettronica elastica, sensori indossabili e dispositivi di comunicazione", ha affermato.

Usando la loro tecnica, i ricercatori hanno sviluppato un sensore tattile ad alta densità in grado di montare una matrice di pixel 400 in un centimetro quadrato.

"I sensori tattili o il pannello a sfioramento diventeranno dispositivi di input o sensori importanti per molti dispositivi elettronici all'avanguardia", ha affermato Dong. "Grazie alla capacità di retinatura diretta ad alta risoluzione dalla stampa EHD, è possibile fabbricare una matrice di sensori tattili ad alta risoluzione e alta densità che fornisce una risoluzione di rilevamento molto migliore rispetto a quella degli approcci di stampa tradizionali".

I ricercatori hanno in programma di determinare le capacità della stampa metallica nelle applicazioni con elettronica elastica, sensori indossabili e dispositivi di comunicazione.