"L'elettronica della pelle" è sottile, elettronica flessibile che può essere montata sulla pelle. Anche se può sembrare qualcosa di fantascientifico, si prevede che presto tali dispositivi serviranno in una vasta gamma di applicazioni come il monitoraggio della salute, diagnosi di salute, realta virtuale, e interfaccia uomo-macchina.

La creazione di tali dispositivi richiede componenti morbidi ed elastici per essere meccanicamente compatibili con la pelle umana. Uno dei componenti vitali dell'elettronica della pelle è un conduttore intrinsecamente estensibile che trasmette segnali elettrici tra i dispositivi. Per un funzionamento affidabile e prestazioni di alta qualità, un conduttore estensibile che presenta uno spessore ultrasottile, conduttività simile al metallo, elevata elasticità, ed è richiesta facilità di modellabilità. Nonostante approfondite ricerche, non era ancora possibile sviluppare un materiale che possedesse tutte queste proprietà contemporaneamente, a causa del fatto che spesso hanno dei compromessi tra loro.

Guidati dal professor Hyeon Taeghwan e Kim Dae-Hyeong, ricercatori del Center for Nanoparticle Research all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) a Seoul, La Corea del Sud ha presentato un nuovo metodo per fabbricare un materiale composito sotto forma di nanomembrana, che viene fornito con tutte le proprietà sopra menzionate. Il nuovo materiale composito è costituito da nanofili metallici strettamente imballati in un monostrato all'interno di un film di gomma ultrasottile.

Questo nuovo materiale è stato realizzato utilizzando un processo sviluppato dal team chiamato "metodo di assemblaggio flottante". Il gruppo galleggiante sfrutta l'effetto Marangoni, che avviene in due fasi liquide con differenti tensioni superficiali. Quando c'è un gradiente nella tensione superficiale, si genera un flusso di Marangoni lontano dalla regione con tensione superficiale minore verso la regione con tensione superficiale maggiore. Ciò significa che far cadere un liquido con una tensione superficiale inferiore su una superficie d'acqua riduce la tensione superficiale localmente, e il risultante flusso di Marangoni fa sì che il liquido caduto si diffonda sottilmente sulla superficie dell'acqua.

La nanomembrana viene creata utilizzando un metodo di assemblaggio galleggiante che consiste in un processo in tre fasi. Il primo passo consiste nel far cadere una soluzione composita, che è una miscela di nanofili metallici, gomma disciolta in toluene, ed etanolo, sulla superficie dell'acqua. La fase toluene-gomma rimane sopra l'acqua a causa della sua proprietà idrofoba, mentre i nanofili finiscono sull'interfaccia tra le fasi acqua e toluene. L'etanolo all'interno della soluzione si mescola con l'acqua per abbassare la tensione superficiale locale, che genera un flusso Marangoni che si propaga verso l'esterno e impedisce l'aggregazione dei nanofili. Questo assembla i nanomateriali in un monostrato all'interfaccia tra l'acqua e un film molto sottile di gomma/solvente. Nella seconda fase, il tensioattivo viene fatto cadere per generare una seconda onda di flusso Marangoni che compatta strettamente i nanofili. Finalmente, nella terza fase, il toluene viene evaporato e si ottiene una nanomembrana con una struttura unica in cui un monostrato di nanofili altamente compattato è parzialmente annegato in un film di gomma ultrasottile.

La sua struttura unica consente un'efficiente distribuzione della deformazione in un film di gomma ultrasottile, portando a eccellenti proprietà fisiche, come un'elasticità superiore a 1, 000%, e uno spessore di soli 250 nm. La struttura consente inoltre la saldatura a freddo e l'impilamento a due strati della nanomembrana l'uno sull'altro, che porta a una conduttività simile al metallo superiore a 100, 000 S/cm. Per di più, i ricercatori hanno dimostrato che la nanomembrana può essere modellata usando la fotolitografia, che è una tecnologia chiave ampiamente utilizzata per la produzione di dispositivi a semiconduttore commerciali ed elettronica avanzata. Perciò, si prevede che la nanomembrana possa fungere da nuovo materiale di piattaforma per l'elettronica della pelle.

Le implicazioni di questo studio possono andare ben oltre lo sviluppo dell'elettronica della pelle. Mentre questo studio ha mostrato un materiale composito costituito da nanofili d'argento all'interno di gomma stirene-etilene-butilene-stirene (SEBS), è anche possibile utilizzare il metodo di assemblaggio flottante su vari nanomateriali come nanomateriali magnetici e nanomateriali semiconduttori, così come altri tipi di elastomeri come TPU e SIS. Perciò, si prevede che l'assemblaggio del galleggiante possa aprire nuovi campi di ricerca che coinvolgono vari tipi di nanomembrane con funzioni diverse.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Scienza .