I nanotubi piegati sembrano linee ondulate su una superficie piana. Credito:Yong Zhu, North Carolina State University
I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un nuovo metodo per creare conduttori elastici fatti di nanotubi di carbonio, che contribuirà alla produzione su larga scala del materiale da utilizzare in una nuova generazione di dispositivi elettronici elastici.
"Siamo ottimisti sul fatto che questo nuovo approccio potrebbe portare alla produzione su larga scala di conduttori estensibili, che accelererebbe quindi la ricerca e lo sviluppo di dispositivi elettronici elastici, "dice il dottor Yong Zhu, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State, e autore principale di un articolo che descrive la nuova tecnica.
I dispositivi elettronici estensibili sarebbero sia più resistenti che in grado di adattarsi a varie forme. Le potenziali applicazioni includono dispositivi che possono essere incorporati nell'abbigliamento, dispositivi medici impiantabili, e sensori che possono essere allungati su veicoli aerei senza equipaggio.
Per sviluppare questa elettronica estensibile, è necessario creare conduttori che siano elastici e trasmettano in modo affidabile segnali elettrici indipendentemente dal fatto che vengano allungati.
Le linee blu qui rappresentano i nanotubi di carbonio, mentre lo sfondo grigio rappresenta il substrato elastico. Nell'immagine in alto, vi è una notevole sovrapposizione dei nanotubi. Nell'immagine centrale, il substrato è stato allungato, creando una certa separazione dei nanotubi. Nell'immagine in basso, il substrato è rilassato, e i nanotubi si sono piegati in linee ondulate su una superficie piana. Credito:Yong Zhu, North Carolina State University
Un modo per rendere più elastici i materiali conduttivi è "fibbiarli". Il nuovo metodo di Zhu piega i nanotubi di carbonio sul piano del substrato. Pensa ai nanotubi come a formare linee ondulate su un pezzo di carta, piuttosto che una forma a fisarmonica che si snoda su e giù con solo le parti inferiori che toccano il foglio di carta. Il team di Zhu ha utilizzato i nanotubi di carbonio perché sono robusti, stabile, ottimi conduttori e possono essere allineati in nastri.
Il nuovo processo inizia posizionando nanotubi di carbonio allineati su un substrato elastico utilizzando un processo di stampa a trasferimento. Il substrato viene quindi allungato, che separa i nanotubi mantenendo il loro allineamento parallelo.
Sorprendentemente, quando il substrato è rilassato, i nanotubi non ritornano nelle loro posizioni originali. Anziché, la fibbia dei nanotubi, creando quella che sembra una raccolta di linee ondulate parallele su una superficie piana.
I nanotubi di carbonio sono ora elastici – possono essere allungati – ma hanno mantenuto le loro proprietà elettriche.
Il vantaggio principale di questo nuovo metodo è che renderà la produzione di conduttori elastici significativamente più efficiente, perché i nanotubi di carbonio possono essere applicati prima che il substrato venga allungato. Questo è compatibile con i processi di produzione esistenti. "Per esempio, le tecniche di stampa roll-to-roll potrebbero essere adattate per sfruttare il nostro nuovo metodo, " dice Zhu.
Un documento che descrive il nuovo approccio, "Deformazione dei nanotubi di carbonio allineati come conduttori estensibili:una nuova strategia di produzione, " è stato pubblicato online il 23 gennaio in Materiale avanzato . Il documento è stato co-autore di Feng Xu, un dottorato di ricerca studente presso NC State. La ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation.
In un altro nuovo documento, Il team di Zhu ha dimostrato per la prima volta che i nanotubi di carbonio possono essere piegati utilizzando una tecnica in cui il substrato elastico viene allungato prima dell'applicazione dei nanotubi. Il substrato viene quindi rilassato, costringendo i nanotubi a deformarsi dal piano. I nanotubi formano un nastro che si curva su e giù come il mantice di una fisarmonica. Questa seconda tecnica è stata utilizzata in precedenza con altri materiali. Questo secondo documento, "Nastri ondulati di nanotubi di carbonio per conduttori estensibili, " è stato pubblicato il 19 gennaio in Materiali funzionali avanzati .
