Circuitos eletra´nicos extensa­veis são essenciais para roba³tica leve, tecnologias vesta­veis e aplicações biomédicas. As formas atuais de fazaª-los, poranãm, limitaram seu potencial.

Uma equipe de pesquisadores do laboratório de Yale de Rebecca Kramer-Bottiglio , a professora assistente John J. Lee de Engenharia Meca¢nica e Ciência dos Materiais, desenvolveu um processo de material e fabricação que pode tornar esses dispositivos mais ela¡sticos, dura¡veis ​​e mais pra³ximos de serem pronto para fabricação em massa. Os resultados são publicados na revista Nature Materials. 

Um dos maiores desafios para esta área da eletra´nica éconectar condutores ela¡sticos com materiais ra­gidos usados ​​em componentes eletra´nicos disponí­veis comercialmente, como resistores, capacitores e diodos emissores de luz (LEDs).

“ O problema éque édifa­cil conectar algo macio com algo ra­gido”, disse Shanliangzi Liu, principal autora do artigo e ex-Ph.D. estudante no laboratório de Kramer-Bottiiglio. Quando os materiais extensa­veis se dobram e alongam, uma grande força de cisalhamento se desenvolve na interface e frequentemente rasga a conexão para inutilizar o circuito.

Um material conhecido como ga¡lio-a­ndio eutanãtico (eGaIn), que mantanãm a forma la­quida em temperatura ambiente, tem sido usado para conexões em eletra´nicos ela¡sticos, mas sua alta tensão superficial impede que ele se conecte adequadamente a componentes ra­gidos. Va¡rias estratanãgias tem sido usadas para contornar este problema, mas ao custo de limitar a extensibilidade e durabilidade dos circuitos resultantes. 

O laboratório de Kramer-Bottiglio adotou uma abordagem diferente usando nanoparta­culas eGaIn para desenvolver um novo material - Ga-In bifa¡sico (bGaIn) - que possui elementos sãolidos e la­quidos. Quando aquecido a 900 graus C, um filme de nanoparta­culas de eGaIn muda de forma, desenvolvendo uma fina camada de a³xido sãolido no topo com uma camada espessa departículas sãolidas incorporadas em eGaIn la­quido. Quando retirado, o material étransferido para substratos ela¡sticos, semelhante ao funcionamento das tatuagens tempora¡rias.

Com uma interface robusta entre o bGaIn e componentes eletra´nicos ra­gidos, o resultado éum conjunto de placa de circuito extensa­vel com desempenho tão bom quanto o convencional, mesmo sob altos na­veis de tensão. A abordagem abre oportunidades para criar circuitos extensa­veis para uma ampla gama de aplicações industriais, incluindo visores macios e roupas inteligentes.

Para demonstrar o processo, a equipe o utilizou para construir uma sanãrie de dispositivos, incluindo um circuito amplificador que poderia ser esticado em pelo menos cinco vezes seu comprimento original, uma matriz de LEDs "Yale" extensa­vel e uma placa de circuito de condicionamento de sinal multicamada integrada com um sensor extensa­vel conectado a superfÍcie da manga da camisa de um usua¡rio. Os circuitos também foram aplicados em um bala£o de la¡tex e “escritos a  ma£o” em uma espuma muito porosa.

“ A chave aqui éque todo o circuito éextensa­vel”, disse o coautor Dylan Shah , um Ph.D. estudante no laboratório de Kramer-Bottiglio. “Os circuitos anteriores usados ​​em robôs leves tinham uma combinação de pequenas áreas que não esticam e, em seguida, áreas estica¡veis. Uma vez que nossos circuitos tem um condutor e uma interface que são ambos ela¡sticos, eles são muito mais ela¡sticos e flexa­veis. ”

Para este estudo, os pesquisadores usaram a impressão por transferaªncia, que requer uma etapa manual. Liu, que agora épa³s-doutorando na Northwestern University, disse que uma das próximas etapas da pesquisa émodificar a tinta bGaIn para capacidade de impressão, de modo que possa ser perfeitamente integrada a s linhas de fabricação de circuitos automatizados.