I ricercatori della North Carolina State University hanno creato elastici, conduttori trasparenti che funzionano grazie al design "nano-fisarmonica" delle strutture. I conduttori possono essere utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni, come l'elettronica flessibile, display estensibili o sensori indossabili.

"Non ci sono conduttori, materiali trasparenti ed elastici in natura, quindi abbiamo dovuto crearne uno, "dice Abhijeet Bagal, un dottorato di ricerca studente in ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State e autore principale di un documento che descrive il lavoro.

"La nostra tecnica utilizza la geometria per allungare materiali fragili, che si ispira alle molle che vediamo nella vita di tutti i giorni, " Dice Bagal. "L'unica cosa diversa è che l'abbiamo fatto molto più piccolo."

I ricercatori iniziano creando un modello polimerico tridimensionale su un substrato di silicio. Il modello ha la forma di una serie di identici, rettangoli equidistanti. La sagoma è rivestita con uno strato di ossido di zinco drogato con alluminio, quale è il materiale conduttore, e all'ossido di zinco viene applicato un polimero elastico. I ricercatori quindi capovolgono il tutto e rimuovono il silicone e il modello.

Ciò che resta è una serie di simmetriche, creste di ossido di zinco su un supporto elastico. Poiché sia ​​l'ossido di zinco che il polimero sono trasparenti, la struttura è trasparente. Ed è estensibile perché le creste di ossido di zinco consentono alla struttura di espandersi e contrarsi, come il mantice di una fisarmonica.

"Possiamo anche controllare lo spessore dello strato di ossido di zinco, e hanno eseguito test approfonditi con strati che vanno da 30 a 70 nanometri di spessore, "dice Erinn Dandley, un dottorato di ricerca studente in ingegneria chimica e biomolecolare presso NC State e co-autore del documento. "Questo è importante perché lo spessore dell'ossido di zinco influisce sull'ottica della struttura, proprietà elettriche e meccaniche”.

I modelli 3D utilizzati nel processo sono progettati con precisione, utilizzando la nanolitografia, perché le dimensioni di ogni colmo influiscono direttamente sull'estensibilità della struttura. Più alta è ogni cresta, quanto più elastica è la struttura. Questo perché la struttura si allunga facendo piegare i due lati di una cresta l'uno dall'altro alla base, come una persona che fa una spaccatura.

La struttura può essere allungata ripetutamente senza rompersi. E mentre c'è una certa perdita di conduttività la prima volta che la nano-fisarmonica viene allungata, lo stiramento aggiuntivo non influisce sulla conduttività.

"La cosa più interessante per noi è che questo approccio combina l'ingegneria con un tocco di chimica superficiale per controllare con precisione la geometria della nano-fisarmonica, composizione e, in definitiva, le sue proprietà materiali complessive, "dice Chih-Hao Chang, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State e corrispondente autore dell'articolo. "Stiamo ora lavorando su modi per migliorare la conduttività delle strutture a nano-fisarmonica. E ad un certo punto vogliamo trovare un modo per aumentare il processo".

I ricercatori stanno anche sperimentando la tecnica utilizzando altri materiali conduttivi per determinare la loro utilità nella creazione di materiali non trasparenti, conduttori elastici.

La carta, "Strutture multifunzionali a nano-fisarmonica per conduttori trasparenti estensibili, " è pubblicato online sulla rivista Orizzonti di materiali .