L'elettronica estensibile è dove l'ingegneria incontra gli effetti speciali di Hollywood.

Con una vasta gamma di servizi sanitari, applicazioni energetiche e militari, l'elettronica estensibile è venerata per la sua capacità di essere compressa, attorcigliato e conformato a superfici irregolari senza perdere funzionalità.

Utilizzando l'elasticità di polimeri come il silicone, queste tecnologie emergenti sono fatte per muoversi in modi che imitano la pelle.

Questo fa luce sul perché Smooth-On Ecoflex, una sostanza più commercialmente utilizzata per creare stampi e maschere cinematografiche e protesi, è l'elastomero siliconico più importante (una sostanza simile alla gomma) trovato nella ricerca.

Durante la manipolazione di un campione del materiale, Dott. Matt Pharr, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica J. Mike Walker '66 presso la Texas A&M University, e lo studente laureato Seunghyun Lee, recentemente scoperto un nuovo tipo di frattura.

"Ho svolto alcuni lavori nel campo dell'elettronica estensibile, quindi ho un sacco di materiale di quando ero un postdoc. Abbiamo dovuto conservare i campioni nel nostro ufficio e, allo stesso modo, Ne avevo alcuni qui perché li avremmo usati in un progetto che alla fine non abbiamo realizzato. Sono nervoso e mentre ci giocavo, ho notato qualcosa di strano, " disse Pharr.

Questa stranezza è ciò a cui Pharr e Lee si riferiscono nella loro recente pubblicazione "Sideways and Stable Crack Propagation in a Silicone Elastomer" come fessurazione laterale. Questo fenomeno si verifica quando una frattura si dirama dalla punta di una fessura e si estende perpendicolarmente alla lesione originale.

Le loro scoperte non solo forniscono un nuovo, nuova prospettiva sulla formazione delle fratture e su come aumentare l'elasticità negli elastomeri, ma anche gettare le basi per materiali più resistenti allo strappo e alla frattura.

"Inizialmente questo materiale è isotopico, il che significa che ha le stesse proprietà in tutte le direzioni. Ma una volta che inizi ad allungarlo, provochi alcuni cambiamenti microstrutturali nel materiale che lo rendono anisotropo:proprietà diverse in tutte le diverse direzioni, " disse Pharr. "Di solito, quando le persone pensano alla frattura di un dato materiale, non pensano che la resistenza alla frattura sia diversa in base alla direzione."

Questa concettualizzazione, però, è fondamentale per l'innovazione e il progresso nell'elettronica estensibile.

Come ha spiegato Pharr, al momento del caricamento, i polimeri con incisioni tendono ad essere strappati da un'estremità all'altra. Però, i materiali che presentano fessurazioni laterali impediscono l'approfondimento della frattura. Anziché, l'incisione si espande semplicemente insieme al resto dell'elastomero e alla fine, una volta allungato abbastanza, sembra nient'altro che una piccola ammaccatura sulla superficie del materiale, negando un'ulteriore minaccia dalla fessura originale.

Ciò consente alla sezione illesa di un elastomero di conservare le sue proprietà portanti e funzionali, il tutto aumentando l'elasticità.

Andando avanti, studiando come decodificare le microstrutture che portano a fessurazioni laterali, i ricercatori possono sfruttare i vantaggi ad esso associati e sviluppare metodi di applicazione a materiali che normalmente non presentano tali fratture. Ciò porterebbe a una migliore resistenza alla frattura negli strati molto sottili di elastomeri utilizzati nell'elettronica estensibile, oltre a una maggiore elasticità, entrambe fondamentali per il progresso e l'usabilità futura di tali tecnologie.

"Per me, questo è scientificamente intrigante, " disse Pharr. "Non è previsto. E vedere qualcosa che non mi aspetto accende sempre la curiosità. (Il materiale) è letteralmente seduto in un cassetto della mia scrivania e tutto questo è stato ispirato dal gioco."