I ricercatori di Stanford hanno sviluppato un nuovo metodo per collegare l'elettronica a nanofili alla superficie di praticamente qualsiasi oggetto, indipendentemente dalla forma o dal materiale di cui è fatto. Il metodo potrebbe essere utilizzato per realizzare qualsiasi cosa, dall'elettronica indossabile e display flessibili per computer a celle solari ad alta efficienza e biosensori ultrasensibili.
L'elettronica nanowire è promettenti elementi costitutivi per praticamente tutti i dispositivi elettronici digitali utilizzati oggi, compresi i computer, macchine fotografiche e cellulari. La circuiteria elettronica è tipicamente fabbricata su un chip di silicio. Il circuito aderisce alla superficie del chip durante la fabbricazione ed è estremamente difficile da staccare, quindi quando il circuito è incorporato in un dispositivo elettronico, rimane attaccato al chip. Ma i chip di silicio sono rigidi e fragili, limitare i possibili usi dell'elettronica indossabile e flessibile a nanocavi.
La chiave del nuovo metodo è rivestire la superficie del wafer di silicio con un sottile strato di nichel prima di fabbricare i circuiti elettronici. Nichel e silicio sono entrambi idrofili, o "amante dell'acqua, "significa quando sono esposti all'acqua dopo che la fabbricazione di dispositivi a nanofili è terminata, l'acqua penetra facilmente tra i due materiali, staccando il nichel e l'elettronica sovrastante dal wafer di silicio.
"Il processo di distacco può essere effettuato a temperatura ambiente in acqua e richiede solo pochi secondi, " ha detto Xiaolin Zheng, un assistente professore di ingegneria meccanica, che ha guidato il gruppo di ricerca che ha sviluppato il processo. "Il processo di trasferimento ha quasi il 100% di successo, il che significa che i dispositivi possono essere trasferiti senza subire alcun danno."
Dopo il distacco, i wafer di silicio sono puliti e pronti per essere riutilizzati, che dovrebbe ridurre notevolmente i costi di produzione.
Zheng è uno degli autori di un articolo che descrive il metodo che sarà pubblicato in un prossimo numero di Nano lettere . Il documento è ora disponibile online. Chi Hwan Lee e Dong Rip Kim, entrambi studenti laureati nel laboratorio di Zheng, sono coautori.
Dopo aver applicato lo strato di nichel al chip di silicio, i ricercatori hanno anche steso uno strato ultrasottile di un polimero per fungere da isolante e fornire supporto meccanico per l'elettronica.
Lo strato polimerico ultrasottile è anche estremamente flessibile, che è ciò che consente a Zheng e al suo team di collegare la loro elettronica a nanofili a una vasta gamma di forme e materiali, inclusa la carta, tessili, plastica, bicchiere, foglio di alluminio, guanti in lattice, persino una lattina di Coca Cola spiegazzata e una bottiglia d'acqua di plastica schiacciata.
"Gli strati di polimero che usiamo sono circa 15 volte più sottili dell'involucro di plastica che usi per coprire un piatto di cibo, " Ha detto Zheng. "Dal momento che il polimero ha un così grande grado di flessibilità, puoi avvolgere il polimero con dispositivi a nanofili sopra qualsiasi cosa mentre segui in modo conforme la forma di qualsiasi oggetto."
Attualmente il suo team sta lavorando con strati polimerici di circa 800 nanometri di spessore. Un nanometro è un milionesimo di millimetro.
Ma ciò che rende davvero i dispositivi così flessibili, ciò che consente ai dispositivi di piegarsi con il substrato flessibile, è la breve lunghezza dei nanofili utilizzati per fabbricare i circuiti.
"La lunghezza di questi nanofili è lunga solo un paio di millesimi di millimetro, " ha detto Zheng. "Rispetto alla curvatura degli oggetti a cui li stiamo attaccando, è davvero breve, quindi c'è pochissima tensione sui nanofili".
Perché i nanofili sono così corti, quando vengono posizionati su una superficie contorta – anche le curve strette di una bottiglia d'acqua di plastica schiacciata – è come se la superficie fosse praticamente piatta.
I dispositivi possono essere facilmente applicati anche su una superficie, rimosso e riapplicato su un'altra superficie, ripetutamente, senza degradare i circuiti.
Alcune delle principali applicazioni del processo che Zheng prevede saranno nell'area della ricerca biologica. I dispositivi nanowire potrebbero essere collegati direttamente ai tessuti cardiaci o cerebrali per misurare i segnali elettrici provenienti da quei tessuti.
"I ricercatori potrebbero misurare le aritmie cardiache o come si attiva un neurone, " ha detto. "Quei segnali sono elettrici, ma per misurarli ci vuole un molto conformabile, rivestimento molto sottile che consente ai segnali di propagarsi attraverso il substrato."
Il processo di trasferimento potrebbe essere utilizzato anche nello sviluppo di celle solari flessibili ad alta efficienza e probabilmente avrebbe usi nella robotica, anche.
"Le possibilità sono davvero illimitate, " ha detto Zheng.
