Uma equipe de pesquisadores do laboratório de Yale desenvolveu um processo de material e fabricaça£o que pode tornar esses dispositivos mais ela¡sticos, dura¡veis ​​e mais pra³ximos de serem pronto para fabricaça£o em massa

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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.Â
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 ragidoâ€, 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.Â
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 éextensavelâ€, 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. â€
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.