Gli scienziati dell'IBS hanno sviluppato compositi metallici elastici e li hanno stampati in 3D su substrati morbidi a temperatura ambiente. Abilitando interconnessioni 3D sempre più sottili, questo studio può aiutare a rivoluzionare l'aspetto fisico dei gadget intelligenti, oltre a rafforzare le loro funzioni tecniche.

Sembra che siano passati i giorni in cui il semplice lancio di un orologio intelligente al polso ti fa sembrare figo. L'industria delle biotecnologie indossabili ha recentemente rivelato la sua insaziabile fame di articoli futuristici. Occhiali antidolorifici che monitorano le onde cerebrali, adesivi per il monitoraggio dei segni vitali, e persino occhiali da lettura della mente. Sono solo alcuni degli ultimi articoli discussi al Wearable Tech 2019, Salute digitale, e conferenze Neurotech Silicon Valley. Non essere sicuro che tutti questi prototipi indossabili possano prendere piede, ma una cosa è chiara:ce ne sono altri in arrivo nel campo della tecnologia indossabile. Questo grande potenziale è stato, però, trattenuto da un vincolo tecnico:questi wearable non si sono mai sentiti veramente "indossabili" per i loro utenti.

Anche se avrebbero dovuto sentirsi come una seconda pelle di chi li indossa, è stato tecnicamente impossibile ideare dispositivi "indossabili" che siano comodi da piegare e allungare e mantengano anche buone capacità di registrazione dei dati su una pelle morbida e curva. I dispositivi intelligenti indossabili raccolgono le misurazioni biologiche di una persona collegando gli elettrodi alla superficie della pelle. All'interno del dispositivo sono presenti cavi di elettrodi a forma di 3D (cioè interconnessioni) che trasmettono segnali elettrici. Ad oggi, non solo i cablaggi possono essere formati solo su una superficie dura, ma anche i componenti di tali interconnessioni metalli delicati e difficilmente estensibili come l'oro, rame, e alluminio. In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Nano lettere , il gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. Jang-Ung Park presso il Center for Nanomedicine all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) a Daejeon, Corea del Sud, e il Prof. Chang Young Lee presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) a Ulsan, La Corea del Sud ha riportato materiali per elettrodi completamente trasformabili che presentano anche un'elevata conduttività elettrica. In particolare, questo nuovo composito è super sottile, 5 micrometri di diametro, che è la metà della larghezza dell'incollaggio convenzionale. Abilitando interconnessioni 3D sempre più sottili, questo studio può aiutare a rivoluzionare l'aspetto fisico dei gadget intelligenti, oltre a rafforzare le loro funzioni tecniche.

Il team di ricerca ha utilizzato metalli liquidi (LM) come substrato principale poiché i LM sono altamente elastici e hanno conduttività relativamente elevate simili ai metalli solidi. Per migliorare la stabilità meccanica del liquido metallico, i nanotubi di carbonio (CNT) sono stati dispersi uniformemente. "Per avere una dispersione uniforme ed omogenea dei CNT nel metallo liquido, abbiamo selezionato il platino (Pt), per avere una forte affinità sia con CNT che con LM, come il mixer e ha funzionato, " disse Young-Geun Park, il primo autore dello studio.

Questo studio ha anche dimostrato una nuova tecnologia di interconnessione che può formare una struttura 3D altamente conduttiva a temperatura ambiente:per avere un'elevata conduttività, il nuovo sistema non richiede alcun processo di riscaldamento o compressione. Inoltre, la natura morbida ed estensibile del nuovo elettrodo rende facile passare attraverso l'ugello in un diametro sottile. Il team di ricerca ha utilizzato un ugello per la stampa diretta di varie strutture di pattern 3D, come mostrato nella Figura 3. Park spiega, "La formazione di interconnessioni 3-D ad alta conduttività a temperatura ambiente è una tecnologia essenziale che consente l'uso di vari materiali elettronici flessibili. La tecnologia di saldatura dei cavi utilizzata nei dispositivi elettronici esistenti forma interconnessioni utilizzando il calore, pressione, o onde ultrasoniche che possono danneggiare il morbido, dispositivi simili alla pelle. Sono state una grande sfida nel processo di produzione di dispositivi elettronici ad alte prestazioni." Ha osservato che l'ugello appuntito consente anche di rimodellare il modello prestampato in varie strutture 3D, avendo così un elettrodo che funziona come un "interruttore" per accendere e spegnere l'alimentazione.

Utilizzando il metodo di stampa diretta, la stampa 3D ad alta risoluzione di questo composto forma autoportante, interconnessioni a filo. Queste nuove interconnessioni elettriche 3-D estensibili sono costituite specificamente da fili super sottili, fino a 5 micrometri. Precedenti studi sui metalli estensibili sono stati in grado di presentare solo linee di filo di diverse centinaia di micrometri di diametro. Il nuovo sistema è ancora più sottile dell'interconnessione dei tradizionali cavi di collegamento. Professor Jang-Ung Park, l'autore corrispondente dello studio ha osservato, "Potremmo presto essere in grado di dire addio a quelle interfacce ingombranti basate sulla pelle come questo liberamente trasformabile, la tecnologia di interconnessione 3-D supersottile rappresenterà un grande passo avanti negli sforzi del settore per produrre gadget sempre compatti e sottili." Sfocando il confine tra il corpo umano e i dispositivi elettrici, questa nuova tecnologia faciliterà la produzione di componenti semiconduttori più integrati e più performanti da utilizzare nei computer e smartphone esistenti, così come per dispositivi elettronici flessibili ed estensibili."