I materiali elettronici sono stati un grosso ostacolo per il progresso dell'elettronica flessibile perché i materiali esistenti non funzionano bene dopo la rottura e la guarigione. Un nuovo materiale elettronico creato da un team internazionale, però, può guarire automaticamente tutte le sue funzioni anche dopo aver rotto più volte. Questo materiale potrebbe migliorare la durata dell'elettronica indossabile.

"L'elettronica indossabile e pieghevole è soggetta a deformazioni meccaniche nel tempo, che potrebbe distruggerli o romperli, " disse Qing Wang, professore di scienze e ingegneria dei materiali, Penn State. "Volevamo trovare un materiale elettronico che si riparasse da solo per ripristinare tutte le sue funzionalità, e farlo dopo più pause."

I materiali autorigeneranti sono quelli che, dopo aver sopportato deformazioni fisiche come essere tagliati a metà, ripararsi naturalmente con poca o nessuna influenza esterna.

Nel passato, i ricercatori sono stati in grado di creare materiali auto-riparabili in grado di ripristinare una funzione dopo la rottura, ma il ripristino di una suite di funzioni è fondamentale per creare un'elettronica indossabile efficace. Per esempio, se un materiale dielettrico conserva la sua resistività elettrica dopo l'auto-riparazione ma non la sua conduttività termica, che potrebbe mettere l'elettronica a rischio di surriscaldamento.

Il materiale creato da Wang e dal suo team ripristina tutte le proprietà necessarie per l'uso come dielettrico nell'elettronica indossabile:resistenza meccanica, resistenza alla rottura per la protezione contro le sovratensioni, resistività elettrica, conducibilità termica e dielettrica, o isolante, proprietà. Hanno pubblicato i loro risultati online in Materiali funzionali avanzati .

La maggior parte dei materiali auto-riparabili sono morbidi o "simili alla gomma, " ha detto Wang, ma il materiale che lui e i suoi colleghi hanno creato è molto duro in confronto. Il suo team ha aggiunto nanofogli di nitruro di boro a un materiale di base di polimero plastico. Come il grafene, i nanofogli di nitruro di boro sono bidimensionali, ma invece di condurre elettricità come il grafene resistono e isolano contro di essa.

"La maggior parte della ricerca sui materiali elettronici auto-riparabili si è concentrata sulla conduttività elettrica, ma i dielettrici sono stati trascurati, " ha detto Wang. "Abbiamo bisogno di elementi conduttori nei circuiti, ma abbiamo anche bisogno di isolamento e protezione per la microelettronica".

Il materiale è in grado di autoripararsi perché i nanofogli di nitruro di boro si collegano tra loro con gruppi di legame idrogeno funzionalizzati sulla loro superficie. Quando due pezzi sono posti in stretta vicinanza, l'attrazione elettrostatica che avviene naturalmente tra i due elementi di legame li avvicina l'uno all'altro. Quando il legame idrogeno viene ripristinato, i due pezzi sono "guariti". A seconda della percentuale di nanofogli di nitruro di boro aggiunti al polimero, questa auto-guarigione può richiedere ulteriore calore o pressione, ma alcune forme del nuovo materiale possono autoguarirsi a temperatura ambiente se poste l'una accanto all'altra.

A differenza di altri materiali curabili che utilizzano legami idrogeno, i nanofogli di nitruro di boro sono impermeabili all'umidità. Ciò significa che i dispositivi che utilizzano questo materiale dielettrico possono funzionare efficacemente in contesti ad alta umidità come sotto la doccia o in spiaggia.

"Questa è la prima volta che viene creato un materiale autorigenerante in grado di ripristinare più proprietà su più rotture, e vediamo che questo è utile in molte applicazioni, " ha detto Wang.

Lixin Xing, Penn State e Harbin Institute of Technology; Qi Li, Guangzu Zhang, Xiaoshan Zhang e Feihua Liu, tutti a Penn State; e Li Liu e Yudong Huang, Istituto di tecnologia di Harbin, collaborato a questa ricerca.

Il China Scholarship Council ha sostenuto questa ricerca.