Tecnologia senza calore per l'elettronica flessibile

Gli ingegneri hanno sviluppato una tecnologia senza calore in grado di stampare linee e tracce metalliche conduttive su qualsiasi cosa, incluso un petalo di rosa.

La nuova tecnologia del metallo sottoraffreddato sviluppata dal dottor Martin Thuo, (1) della Iowa State University e del Ames Laboratory e dal suo gruppo di ricerca, impiega metallo liquido (in questo caso il metallo di Field, una lega di bismuto, indio e stagno) intrappolato al di sotto del suo punto di fusione in gusci di ossido lucido, creando particelle di circa 10 milionesimi di metro.

Quando i gusci vengono rotti - con pressione meccanica o dissoluzione chimica - il metallo all'interno scorre e si solidifica, creando una saldatura priva di calore o, in questo caso, stampando linee metalliche conduttive e tracce su tutti i tipi di materiali, ovvero da un muro di cemento ad una foglia.

Questa nuova tecnologia potrebbe comprendere tutti i tipi di applicazioni, compresi i sensori per misurare l'integrità strutturale di un edificio o la crescita delle colture. Sono stati effettuati anche test su telecomandi, basati su carta, che leggono i cambiamenti nelle correnti elettriche quando il materiale cartaceo si curva. Gli ingegneri hanno anche testato la tecnologia creando contatti elettrici per celle solari e stampando linee conduttive su gelatina, un modello per i tessuti biologici molli, incluso il cervello.

“Questo lavoro riporta la fabbricazione ambientale priva di calore e di interconnessioni conduttive metalliche, nonché di tracce su tutti i tipi di substrati”. Il dottor Martin Thuo e i suo team di ricercatori hanno descritto la tecnologia in un documento recentemente pubblicato online dalla rivista Advanced Functional Materials. (2)

Il dottor Martin Thuo - un assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria presso lo Iowa State, un associato del Dipartimento dell'Ambiente statunitense del Laboratorio di energia e un co-fondatore della startup Ames SAFI-Tech Inc. che commercializza le particelle di metallo liquido - è l'autore principale. Co-autori sono Andrew Martin, un ex studente universitario nel laboratorio di Thuo che attualmente studia dottorato statale dello Iowa in scienze dei materiali e ingegneria; Boyce Chang, borsista post-dottorato presso l'Università della California, Berkeley, che ha conseguito il dottorato presso lo Iowa State; Zachariah Martin, Dipak Paramanik e Ian Tevis, di SAFI-Tech; Christophe Frankiewicz, co-fondatore di Sep-All ad Ames ed ex socio di ricerca post-dottorato nello stato dello Iowa; e Souvik Kundu, uno studente laureato dello stato dello Iowa in ingegneria elettrica e informatica.

Il progetto è stato supportato dai fondi delle startup universitarie per istituire il laboratorio di ricerca del dottor Martin Thuo ubicato nello Iowa State, la borsa di studio della facoltà Black & Veatch di Thuo e una borsa di ricerca per l'innovazione delle piccole imprese della National Science Foundation.

Martin Thuo ha dichiarato di aver lanciato il progetto tre anni fa come esercizio di insegnamento. “Ho iniziato con studenti universitari. Ho pensato che poteva risultare divertente convincere gli studenti a fare qualcosa del genere. È uno strumento di insegnamento davvero utile perché non è necessario risolvere 2 milioni di equazioni per fare scienza sofisticata. Gli studenti hanno scoperto modi di trattare il metallo e ciò li ha stimolati nell'individuare una moltitudine di idee. Ora non possiamo fermarci.”

E così i ricercatori hanno imparato come legare efficacemente le tracce di metallo, dai petali di rosa idrorepellenti alla gelatina acquosa. Sulla base di ciò che ora sanno, Martin Thuo ha detto che probabilmente era facile per loro stampare tracce metalliche su cubetti di ghiaccio o tessuto biologico.

Tutti gli esperimenti “evidenziano la versatilità di questo approccio”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo, “consentendo di fabbricare una moltitudine di prodotti conduttivi senza danneggiare il materiale di base.”

Riferimenti:

(1) Martin Thuo

(2) Heat-Free Fabrication of Metallic Interconnects for Flexible/Wearable Devices

Descrizione foto: Martin Thuo e il suo gruppo di ricerca hanno stampato tracce elettroniche sulla gelatina. Essi hanno sviluppato una tecnologia senza calore in grado di stampare linee e tracce metalliche conduttive su qualsiasi cosa, incluso un petalo di rosa. Credit: Martin Thuo/Iowa State University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Engineers use heat-free tech for flexible electronics; print metal traces on flowers, gelatin