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    I ricercatori identificano il punto di rottura del materiale conduttore

    Credito:CC0 Dominio pubblico

    Un metodo migliorato per prevedere la temperatura quando la plastica cambia da elastica a fragile, che potrebbe potenzialmente accelerare lo sviluppo futuro dell'elettronica flessibile, è stato sviluppato dai ricercatori del Penn State College of Engineering.

    Elettronica flessibile di nuova generazione, come display pieghevoli e impianti medici, farà affidamento su materiali semiconduttori che sono meccanicamente flessibili. Previsioni accurate della temperatura quando si verifica l'infragilimento, nota come temperatura di transizione vetrosa, è fondamentale per progettare polimeri conduttori che rimangano flessibili a temperatura ambiente.

    "Il lavoro precedente per prevedere la transizione vetrosa dei polimeri si basava su complessi, modelli multiparametrici, ma nondimeno hanno portato a una scarsa precisione, "ha detto Enrique Gomez, professore di ingegneria chimica e ricercatore principale. "Inoltre, misurazioni sperimentali accurate della transizione vetrosa dei polimeri coniugati sono impegnative".

    Tutti i polimeri diventano fragili una volta raffreddati. Però, alcuni polimeri, come il polistirolo utilizzato nelle tazze di polistirolo, diventano fragili a temperature superiori alla temperatura ambiente mentre altri polimeri, come il poliisoprene utilizzato negli elastici, diventano fragili a temperature molto più basse.

    Renxuan Xie, in precedenza studente di dottorato presso la Penn State e ora ricercatore post-dottorato presso l'Università della California a Santa Barbara, trovato un modo per misurare le temperature di transizione vetrosa tenendo traccia delle proprietà meccaniche quando si verifica l'infragilimento, gettando le basi per comprendere la relazione tra transizione vetrosa e struttura. Studi di follow-up hanno poi determinato la transizione vetrosa per 32 diversi polimeri misurando le proprietà meccaniche in funzione della temperatura.

    "Questo progresso, insieme ai dati per vari polimeri nei nostri studi successivi, ha rivelato una semplice relazione tra la struttura chimica e la transizione vetrosa, " Disse Gomez. "Pertanto, ora possiamo prevedere il punto di fragilità dalla struttura chimica".

    Secondo Gomez, questo lavoro, riportato in un recente numero di Comunicazioni sulla natura , consente ai ricercatori di prevedere la temperatura di transizione vetrosa dalla struttura chimica dei polimeri conduttori prima che vengano sintetizzati per l'uso in elettronica. La maggior parte dei polimeri conduttori attualmente utilizzati sono fragili e inflessibili, quindi questo progresso potrebbe accelerare lo sviluppo dell'elettronica flessibile.

    "Anche se sembra semplice, siamo i primi ad utilizzare le proprietà meccaniche dei polimeri conduttori per misurare la temperatura di transizione vetrosa, " Ha detto Gomez. "Combiniamo i dati di molti polimeri diversi per derivare una semplice relazione che predice la temperatura di transizione vetrosa basata sulla struttura chimica in un modo più accurato di quanto fosse possibile in precedenza".

    Lo studio di Gomez è stato finanziato da un quadriennio, Sovvenzione di 1,75 milioni di dollari assegnata nel 2019 dalla National Science Foundation per esplorare l'integrazione della teoria, simulazioni ed esperimenti per accelerare lo sviluppo dell'elettronica flessibile basata su composti organici. I prossimi passi per questa ricerca, Gomez ha detto, sono test più approfonditi e l'esplorazione di applicazioni pratiche.

    "Ora vogliamo utilizzare il nostro modello per progettare polimeri conduttori per realizzare componenti elettronici ultra flessibili ed estensibili, " Ha detto Gomez. "Vogliamo anche spingere il nostro modello per trovare i limiti e vedere dove il modello si rompe".


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