Oltre i fili: la tecnologia delle bolle rivoluziona l’elettronica flessibile
Un team di scienziati della Yokohama National University ha sviluppato una tecnica innovativa chiamata bubble printing per creare circuiti in metallo liquido altamente flessibili. Questo metodo, pubblicato su Nanomaterials, consente il patterning ad alta precisione di fili conduttivi su superfici flessibili, aprendo nuove possibilità per dispositivi come sensori indossabili e impianti medici.
La sfida della flessibilità nell’elettronica
I circuiti tradizionali, basati su materiali rigidi come fili conduttivi e schede elettroniche, sono stati fondamentali per dispositivi elettronici come smartphone e computer. Tuttavia, la crescente domanda di dispositivi indossabili e flessibili ha evidenziato i limiti di queste tecnologie rigide.
“La tecnologia convenzionale utilizza materiali conduttivi rigidi, inadatti per dispositivi che devono piegarsi o estendersi”, ha spiegato Shoji Maruo, professore di ingegneria presso la Yokohama National University.
Il metallo liquido, come le leghe eutettiche di gallio e indio (EGaIn), offre una combinazione unica di flessibilità e alta conducibilità. Tuttavia, questi materiali presentano sfide significative, tra cui:
Dimensioni del circuito: difficoltà nel creare fili ultrasottili.
Libertà di patterning: limitazioni nei design complessi.
Resistenza elettrica: ossidi sulla superficie del gallio che riducono la conducibilità.
Il metodo del Bubble Printing
Per superare questi ostacoli, il team ha adattato il bubble printing, originariamente sviluppato per particelle solide, al metallo liquido EGaIn. Questa tecnica utilizza microbolle generate da un laser a femtosecondi, che riscalda le particelle colloidali di metallo liquido e le dispone con precisione su superfici flessibili come il vetro.
Come funziona:
Il laser riscalda il metallo liquido, creando microbolle.
Le bolle spostano le particelle di metallo liquido, formandole in linee precise sulla superficie.
Il metallo viene trattato per sostituire lo strato resistivo di ossido di gallio con argento conduttivo tramite sostituzione galvanica.
Risultati e applicazioni
I circuiti realizzati con questa tecnica hanno dimostrato caratteristiche eccezionali:
Spessore minimo dei fili: appena 3,4 μm.
Alta conducibilità: fino a 1,5 × 10⁵ S/m.
Flessibilità: i fili mantengono una conducibilità stabile anche sotto piegature o deformazioni.
Questa combinazione di precisione e flessibilità rende la tecnologia ideale per:
Dispositivi indossabili: sensori integrati e componenti elettronici flessibili.
Tecnologie mediche: impianti biocompatibili che richiedono circuiti pieghevoli.
Elettronica avanzata: circuiti stampati su superfici non convenzionali o morbide.
Prossimi sviluppi
Il team prevede di migliorare ulteriormente la flessibilità dei circuiti incorporando substrati ancora più elastici. L’obiettivo finale è integrare questa tecnologia con componenti elettronici organici per creare dispositivi pratici e flessibili per l’uso quotidiano.
“Vediamo applicazioni in sensori indossabili, dispositivi medici e tecnologie che richiedono circuiti durevoli e flessibili”, ha affermato Maruo.
Collaborazioni e supporto
La ricerca è stata condotta in collaborazione con altri studiosi della Yokohama National University, inclusi Tatsuya Kobayashi e Mitsuki Sato, e supportata dal programma JST CREST JPMJCR1905. Con questa innovazione, l’università continua a consolidare il proprio ruolo di leader nella ricerca applicata e nello sviluppo di tecnologie con un impatto globale.
