Nanoingegneri dell'Università della California, San Diego si sta chiedendo cosa potrebbe essere possibile se i materiali semiconduttori fossero flessibili ed estensibili senza sacrificare la funzione elettronica?

L'elettronica flessibile di oggi sta già consentendo una nuova generazione di sensori indossabili e altri dispositivi elettronici mobili. Ma questa elettronica flessibile, in cui i materiali semiconduttori molto sottili vengono applicati a un sottile, substrato flessibile in motivi ondulati e quindi applicato su una superficie deformabile come pelle o tessuto, sono ancora costruiti attorno a materiali compositi duri che ne limitano l'elasticità.

Scrivere sul diario Chimica dei materiali , Darren Lipomi, professore della UC San Diego Jacobs School of Engineering, riferisce di diverse nuove scoperte del suo team che potrebbero portare a un'elettronica "molecolarmente estensibile".

Lipomi ha paragonato la differenza tra elettronica flessibile ed estensibile a ciò che accadrebbe se si provasse a avvolgere un pallone da basket con un foglio di carta o un sottile foglio di gomma. La carta si piegherebbe, mentre la gomma si adatterebbe alla superficie della palla.

"Stiamo sviluppando le regole di progettazione per una nuova generazione di plastica, o, meglio, gomma—elettronica per applicazioni nel campo dell'energia, dispositivi biomedici, dispositivi indossabili e conformabili per applicazioni di difesa, e per l'elettronica di consumo, " ha detto Lipomi. "Stiamo prendendo queste regole di progettazione e facendo chimica umida in laboratorio per creare nuovi materiali in gomma semiconduttori".

Mentre l'elettronica flessibile basata su semiconduttori a film sottile si avvicina alla commercializzazione, i materiali e i dispositivi elettronici estensibili sono agli inizi. I materiali elettronici estensibili sarebbero conformabili a superfici non planari senza pieghe e potrebbero essere integrati con le parti mobili delle macchine e del corpo in un modo che i materiali che mostrano solo flessibilità non potrebbero essere. Per esempio, una delle principali applicazioni previste da Lipomi è un "telo solare" a basso costo che può essere piegato per l'imballaggio e allungato per fornire energia a basso costo ai villaggi rurali, operazioni di soccorso in caso di catastrofe e militari che operano in località remote. Un altro obiettivo a lungo termine del laboratorio Lipomi è produrre polimeri elettronici le cui proprietà - estrema elasticità, biodegradabilità, e autoriparazione:si ispirano al tessuto biologico per applicazioni in dispositivi e protesi biomedici impiantabili.

Lipomi ha studiato perché le strutture molecolari di questi semiconduttori di "gomma" fanno sì che alcuni siano più elastici di altri. In un progetto pubblicato di recente sulla rivista Macromolecules, il laboratorio Lipomi ha scoperto che i polimeri con stringhe di sette atomi di carbonio attaccati producono esattamente il giusto equilibrio tra elasticità e funzionalità. Questo equilibrio è la chiave per produrre dispositivi "flessibili, estensibile, pieghevole e a prova di frattura."

Il team di Lipomi ha anche creato un ad alte prestazioni, polimero semiconduttore elastico a "basso gap di banda" che utilizza una nuova strategia sintetica inventata dal team. I polimeri solidi sono parzialmente cristallini, che conferisce loro buone proprietà elettriche, ma rende anche il materiale polimerico rigido e fragile. Introducendo casualità nella struttura molecolare del polimero, Il laboratorio di Lipomi ha aumentato la sua elasticità di un fattore due senza diminuire le prestazioni elettroniche del materiale. La loro scoperta, pubblicato su RSC Advances, è utile anche per applicazioni in dispositivi estensibili e ultraflessibili.