Il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha compiuto un passo avanti nel mondo della stampa 3D con la creazione di un metodo in grado di produrre componenti flessibili ed elettricamente conduttivi. Questa scoperta rivoluzionaria potrebbe aprire nuove opportunità nella produzione di larga scala di dispositivi indossabili con elementi multifunzionali ed estensibili.
Gli scienziati del KIST hanno ideato un processo di stampa 3D per la realizzazione di elementi elettronici elastici. Questo è stato reso possibile grazie all’utilizzo di un inchiostro composito particolare, capace di stampare materiali sia flessibili che elettricamente conduttivi, preservando al contempo strutture tridimensionali complesse. Utilizzando questa innovativa tecnica, sono riusciti a produrre elettrodi flessibili ad alta conduttività, in grado di resistere a una deformazione di oltre il 150% in tutte le direzioni. La rivista “Nature Electronics” ha pubblicato un dettagliato articolo su questo processo di stampa e le proprietà dell’inchiostro. Per dimostrare le potenzialità applicative di questa scoperta, gli scienziati hanno realizzato un sensore di temperatura indossabile con un display estensibile.
La stampa 3D ha già rivoluzionato diversi settori, come l’edilizia, l’automobile, la medicina e molti altri. Tuttavia, la sua applicazione nella produzione di elettronica complessa ed estensibile è stata finora limitata. Secondo gli scienziati del Centro di ricerca sui materiali di convergenza morbida del KIST, ciò è dovuto alla difficoltà di stampare materiali solidi ed elastici che conducono l’elettricità. Nel 2021, un gruppo di ricercatori asiatici ha introdotto un metodo per stampare in 3D sensori indossabili autoalimentati.
Il team del KIST ha superato queste limitazioni dimostrando come la stampa 3D può essere utilizzata per creare componenti elastici. Nel loro articolo “Stampa omnidirezionale di conduttori elastici per elettronica estensibile tridimensionale”, pubblicato su Nature Electronics, hanno delineato la loro strategia di stampa, che potrebbe spianare la strada alla produzione di larga scala di dispositivi indossabili con componenti estensibili e multifunzionali.
Gli studiosi del KIST hanno sviluppato un inchiostro composito a base di emulsione per stampare in 3D conduttori elastici. Questo inchiostro particolare è composto da componenti liquidi dispersi in un elastomero conduttivo, un materiale simile alla gomma che conduce l’elettricità.
L’inchiostro composito sviluppato dai ricercatori presenta una serie di proprietà vantaggiose rispetto ad altri inchiostri per la stampa 3D. Tra queste, le proprietà viscoelastiche, pseudoplastiche e lubrificanti, che sono fondamentali per supportare la stampa di strutture 3D complesse.
Questo inchiostro consente di realizzare elettrodi flessibili che mantengono un’alta conduttività anche quando sono sottoposti a estensioni superiori al 150% in tutte le direzioni. Questo, a sua volta, potrebbe facilitare la creazione di complessi circuiti estensibili tridimensionali, personalizzati per l’utente.
Nel loro articolo, i ricercatori del KIST sottolineano come le strutture stampate con il conduttore intrinsecamente estensibile presentino una dimensione minima della struttura inferiore a 100 μm e un allungamento superiore al 150%. L’evaporazione della fase solvente dispersa nell’emulsione porta alla formazione di superfici microstrutturate di reti conduttive localizzate, che migliorano la conduttività elettrica.
Per illustrare le potenzialità dell’approccio alla stampa 3D, i ricercatori hanno realizzato un sensore di temperatura indossabile con un display estensibile a partire dai composti elastici stampati. Questo dispositivo si è rivelato funzionante, suggerendo che questo metodo potrebbe essere utilizzato per creare una vasta gamma di altri componenti conduttivi ed estensibili.
Il team di ricerca del KIST suggerisce che potrebbe essere possibile combinare il loro metodo con le tecnologie di scansione 3D per produrre elettronica su misura per la forma del corpo umano, migliorando così il comfort per gli utenti. L’inchiostro da loro sviluppato potrebbe ispirare altri ricercatori a creare inchiostri a base di emulsione simili, ma basati su composizioni ed elastomeri diversi. Questo rappresenta un importante passo avanti nel campo della stampa 3D di elettronica flessibile ed estensibile.
