I ricercatori della North Carolina State University hanno creato le prime bobine di nanofilo di silicio su un substrato che può essere allungato fino a più del doppio della loro lunghezza originale, avvicinandoci all'incorporazione di dispositivi elettronici elastici nell'abbigliamento, dispositivi impiantabili per il monitoraggio della salute, e una miriade di altre applicazioni.

"Per creare un'elettronica estensibile, devi mettere l'elettronica su un substrato estensibile, ma i materiali elettronici stessi tendono ad essere rigidi e fragili, "dice il dottor Yong Zhu, uno dei ricercatori che hanno creato le nuove bobine di nanofili e un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. "La nostra idea era quella di creare materiali elettronici che possono essere adattati in bobine per migliorare la loro elasticità senza danneggiare la funzionalità elettrica dei materiali".

Altri ricercatori hanno sperimentato la "flessione" di materiali elettronici in forme ondulate, che può allungarsi come il mantice di una fisarmonica. Però, Zhu dice, le sollecitazioni massime per le strutture ondulate si verificano in posizioni localizzate - i picchi e le valli - sulle onde. Non appena viene raggiunta la deformazione di rottura in una delle posizioni localizzate, l'intera struttura fallisce.

"Una forma ideale per adattarsi a grandi deformazioni porterebbe a una distribuzione uniforme della deformazione lungo l'intera lunghezza della struttura:una molla elicoidale è una di queste forme ideali, " Dice Zhu. "Di conseguenza, i materiali ondulati non possono avvicinarsi al grado di elasticità delle bobine." Zhu osserva che la forma della bobina è energeticamente favorevole solo per le strutture unidimensionali, come i fili.

Il team di Zhu ha messo a dura prova un substrato di gomma e ha utilizzato livelli molto specifici di radiazioni ultraviolette e ozono per modificarne le proprietà meccaniche, e poi posizionato nanofili di silicio sopra il substrato. I nanofili formano bobine al rilascio del ceppo. Altri ricercatori sono stati in grado di creare bobine utilizzando nanofili indipendenti, ma finora non sono stati in grado di integrare direttamente quelle bobine su un substrato estensibile.

Mentre le proprietà meccaniche delle nuove bobine consentono loro di essere allungate di un ulteriore 104 percento oltre la loro lunghezza originale, le loro prestazioni elettriche non possono reggere in modo affidabile a una gamma così ampia, probabilmente a causa di fattori come il cambiamento della resistenza di contatto o il guasto dell'elettrodo, dice Zhu. "Stiamo lavorando per migliorare l'affidabilità delle prestazioni elettriche quando le bobine sono tese al limite della loro allungabilità meccanica, che è probabilmente ben oltre il 100%, secondo la nostra analisi».