Gli ingegneri della North Carolina State University hanno utilizzato il vuoto per creare un sistema più efficiente, metodo a mani libere per il riempimento di microcanali complessi con metallo liquido. Il loro lavoro affronta due delle difficoltà più comuni nella creazione di microcanali riempiti di metallo liquido e può consentire un uso più ampio di metalli liquidi nelle applicazioni elettroniche e microfluidiche.

I metalli liquidi sono promettenti come morbidi, componenti elettrici estensibili come antenne, circuiti, elettrodi e fili. Queste applicazioni spesso richiedono la capacità di modellare il metallo liquido in forme diverse e talvolta complicate su scale inferiori a 100 micron, o la larghezza di un capello umano. Ciò si ottiene spingendo il metallo liquido in microcanali - piccoli, vuoto, strutture a forma di tubo all'interno di un materiale elastomerico flessibile. Il metodo più comune per creare questi modelli è l'iniezione, che spinge il metallo nei canali attraverso un piccolo foro, o ingresso.

Però, l'iniezione presenta due inconvenienti specifici. Primo, la pressione richiesta per spingere il metallo nel microcanale può causare la rottura e la perdita dei canali. Secondo, per riempire completamente il canale, l'aria intrappolata al suo interno deve avere una via di fuga. Ciò significa che ogni canale deve avere due aperture - un ingresso e un'uscita - che occupano spazio aggiuntivo e possono causare la deformazione del microcanale nel sito di uscita.

"Utilizzare il vuoto ci permette di risolvere entrambi questi problemi, "dice Michael Dickey, professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State e corrispondente autore di un articolo che descrive il lavoro. "Posizioniamo una goccia di metallo liquido sopra l'ingresso ed esponiamo l'elastomero al vuoto. L'aria fuoriesce dal microcanale attraverso la goccia di metallo liquido che copre l'ingresso, o attraverso le pareti dei canali stessi. Quando l'elastomero viene nuovamente esposto all'atmosfera, il metallo viene spinto nei microcanali."

Per testare l'efficacia dell'approccio, Dickey e il suo team hanno creato un "labirinto" di microcanali all'interno del poli(dimetilsilossano), o PDMS, un elastomero siliconico comunemente usato nelle applicazioni microfluidiche. I microcanali erano larghi 100 micron e alti 50 micron, con piccole sezioni trasversali, numerosi rami, e molti vicoli ciechi. La piccola scala e lo spazio limitato significavano che c'era solo un ingresso e nessuno spazio per perforare le prese per la fuoriuscita dell'aria. Poi hanno messo una goccia del metallo liquido EGain, una miscela di gallio e indio, sopra l'ingresso ed esposto al vuoto.

"Utilizzando il vuoto abbiamo scoperto che i canali si riempivano completamente con meno difetti rispetto al metodo di iniezione, e senza bisogno di sbocchi, "dice Dickey.

La carta, "Riempimento sottovuoto di microcanali complessi con metallo liquido, " appare in Laboratorio su un chip .