Nylon come componente per dispositivi elettronici trasparenti

Gli scienziati sviluppano una soluzione di nylon ferroelettrico processabile per lo sviluppo di circuiti elettronici trasparenti.

Mentre l'industria microelettronica si sta spostando verso gadget elettronici indossabili e tessuti elettronici (e-)textiles, i materiali elettronici compresi, come il ferroelettrico, dovrebbero essere integrati con i nostri vestiti. I nylon, una famiglia di polimeri sintetici, furono introdotti per la prima volta negli anni '20 per le calze da donna e sono oggi tra le fibre sintetiche più utilizzate nei tessuti. Sono costituiti da una lunga catena di unità molecolari ripetute, cioè polimeri, in cui ciascuna unità di ripetizione contiene una disposizione specifica di idrogeno, ossigeno e azoto con atomi di carbonio.

Oltre all'uso nei tessuti, è stato scoperto che alcuni nylon presentano anche le cosiddette “proprietà ferroelettriche”. Ciò significa che le cariche elettriche positive e negative possono essere separate e questo stato può essere mantenuto. I materiali ferroelettrici sono utilizzati in sensori, attuatori, memorie e dispositivi per la raccolta di energia. Il vantaggio nell'uso dei polimeri è che possono essere liquefatti utilizzando solventi adeguati e quindi elaborati da una soluzione a basso costo per formare film sottili flessibili adatti a dispositivi elettronici come condensatori, transistor e diodi. Ciò rende i polimeri ferroelettrici una scelta praticabile per l'integrazione con i tessili elettronici. Sebbene i polimeri di nylon abbiano trovato negli anni importanti applicazioni commerciali nei tessuti e nelle fibre, la loro applicazione nei dispositivi elettronici è stata ostacolata perché era impossibile creare pellicole sottili di alta qualità di nylon ferroelettrico mediante l'elaborazione della soluzione.

Gli scienziati dell'MPI-P, in collaborazione con ricercatori dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza e dell'Università di Tecnologia di Lodz, hanno risolto questo problema quarantennale e hanno sviluppato un metodo per fabbricare condensatori a film sottile di ferro ferroelettrico sciogliendo il nylon in un miscela di acido trifluoroacetico e acetone e solidificandola nuovamente sotto vuoto. Questo lavoro è stato pubblicato su Science Advances. (1)

Essi hanno realizzato sottili pellicole di nylon di uno spessore di soli 100 nanometri, 100 volte più sottili dei capelli umani. “Usando questo metodo, abbiamo prodotto film sottili estremamente lisci. Questo è molto importante perché impedisce la rottura elettrica ad esempio dei condensatori e la distruzione dei circuiti elettronici. Allo stesso tempo, la scorrevolezza consente di avere film sottili trasparenti e infine dispositivi elettronici trasparenti”, ha affermato il dottor Kamal Asadi, (2) capogruppo dell'MPI-P.

Utilizzando il loro nuovo metodo sviluppato, il gruppo attorno a Kamal Asadi è stato in grado di produrre condensatori in nylon ad alte prestazioni. Gli scienziati hanno sottoposto i prototipi dei condensatori a cicli di stress estesi e hanno dimostrato la robustezza dei nylon ferroelettrici in milioni di cicli operativi. Le sottili pellicole di nylon potrebbero diventare un componente importante per l'uso in futuro nell'elettronica flessibile e trovare applicazioni in dispositivi elettronici pieghevoli o per l'elettronica nei vestiti. Queste nuove scoperte aprono la strada a tessuti multifunzionali che fungono da panno per coprire il nostro corpo e allo stesso tempo possono generare elettricità dai movimenti del nostro corpo.

Riferimenti:

(1) Solution-processed transparent ferroelectric nylon thin films

(2) Kamal Asadi

Descrizione foto: Il nylon trasparente potrebbe essere un elemento fondamentale per lo sviluppo di circuiti elettronici trasparenti in futuro. - Credit: MPI-P.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Nylon as a building block for transparent electronic devices?