Una nuova ricerca mostra come la tecnologia di stampa a getto d'inchiostro può essere utilizzata per produrre in serie circuiti elettronici realizzati con leghe di metallo liquido per "robot morbidi" ed elettronica flessibile.

Le tecnologie elastiche potrebbero rendere possibile una nuova classe di robot flessibili e indumenti elastici che le persone potrebbero indossare per interagire con i computer o per scopi terapeutici. Però, devono essere sviluppate nuove tecniche di produzione prima che le macchine soft diventino commercialmente fattibili, disse Rebecca Kramer, un assistente professore di ingegneria meccanica alla Purdue University.

"Vogliamo creare un'elettronica estensibile che possa essere compatibile con le macchine morbide, come i robot che devono infilarsi in piccoli spazi, o tecnologie indossabili che non limitano il movimento, " ha detto. "I conduttori realizzati in metallo liquido possono allungarsi e deformarsi senza rompersi".

Un nuovo potenziale approccio di produzione si concentra sullo sfruttamento della stampa a getto d'inchiostro per creare dispositivi realizzati con leghe liquide.

"Questo processo ora ci consente di stampare conduttori flessibili ed estensibili su qualsiasi cosa, compresi materiali e tessuti elastici, " disse Kramer.

Un documento di ricerca sul metodo apparirà il 18 aprile sulla rivista Materiale avanzato . Il documento introduce generalmente il metodo, chiamate nanoparticelle di gallio-indio sinterizzate meccanicamente, e descrive la ricerca che ha portato al progetto. È stato scritto dal ricercatore post-dottorato John William Boley, studente laureato Edward L. White e Kramer.

Un inchiostro stampabile viene prodotto disperdendo il metallo liquido in un solvente non metallico mediante ultrasuoni, che rompe il metallo liquido sfuso in nanoparticelle. Questo inchiostro riempito di nanoparticelle è compatibile con la stampa a getto d'inchiostro.

"Il metallo liquido nella sua forma nativa non è in grado di funzionare a getto d'inchiostro, "Ha detto Kramer. "Quindi quello che facciamo è creare nanoparticelle di metallo liquido che sono abbastanza piccole da passare attraverso un ugello a getto d'inchiostro. Metallo liquido sonicante in un solvente vettore, come l'etanolo, entrambi creano le nanoparticelle e le disperdono nel solvente. Quindi possiamo stampare l'inchiostro su qualsiasi supporto. L'etanolo evapora via, quindi ci rimangono solo nanoparticelle di metallo liquido su una superficie".

Dopo la stampa, le nanoparticelle devono essere riunite applicando una leggera pressione, che rende il materiale conduttivo. Questo passaggio è necessario perché le nanoparticelle di metallo liquido sono inizialmente rivestite con gallio ossidato, che agisce come una pelle che impedisce la conduttività elettrica.

"Ma è una pelle fragile, quindi quando si applica la pressione si rompe la pelle e tutto si fonde in un film uniforme, " ha detto Kramer. "Possiamo farlo sia calpestando o trascinando qualcosa sulla superficie, come il bordo tagliente di una punta di silicio."

L'approccio consente di selezionare quali porzioni attivare a seconda di particolari progetti, suggerendo che un film bianco potrebbe essere prodotto per una moltitudine di potenziali applicazioni.

"Attiviamo selettivamente l'elettronica che vogliamo accendere applicando una pressione solo su quelle aree, " disse Kramer, che quest'anno ha ricevuto un premio Early Career Development dalla National Science Foundation, che supporta la ricerca per determinare come sviluppare al meglio l'inchiostro a metallo liquido.

Il processo potrebbe consentire di produrre rapidamente in serie grandi quantità di film.

La ricerca futura esplorerà come l'interazione tra l'inchiostro e la superficie su cui viene stampata potrebbe favorire la produzione di tipi specifici di dispositivi.

"Per esempio, come si orientano le nanoparticelle su superfici idrofobe rispetto a quelle idrofile? Come possiamo formulare l'inchiostro e sfruttare la sua interazione con una superficie per consentire l'autoassemblaggio delle particelle?", ha affermato.

I ricercatori studieranno e modelleranno anche il modo in cui le singole particelle si rompono quando viene applicata la pressione, fornendo informazioni che potrebbero consentire la produzione di tracce ultrasottili e nuovi tipi di sensori.