A eliminação de gotículas de metal líquido com ultra-som oferece uma nova maneira de fazer a fiação para eletrônicos elásticos e flexíveis.
A técnica, descrita no artigo de novembro Science, adiciona uma nova abordagem à caixa de ferramentas para pesquisadores que desenvolvem circuitos para sensores médicos que se conectam à pele, eletrônicos vestíveis e outras aplicações onde os circuitos eletrônicos rígidos são menos do que ideais (SN: 01/06/18).
Os pesquisadores começaram desenhando em folhas de plástico elástico com linhas de gotículas microscópicas feitas de uma liga de gálio e índio. A liga metálica é líquida em temperaturas acima de 17° Celsius.
Embora o metal líquido seja eletricamente condutor, as gotículas oxidam rapidamente. Esse processo cobre cada um deles com uma fina camada isolante. As camadas carregam cargas estáticas que separam as gotas, tornando-as inúteis para conectar os LEDs, microchips e outros componentes em circuitos eletrônicos.
Ao atingir as microesferas com ondas sonoras de alta frequência, os pesquisadores causaram as bolas microscópicas para lançar bolas nanoscópicas ainda menores de metal líquido. As pequenas esferas preenchem as lacunas entre as maiores, e esse contato próximo permite que os elétrons passem pelas camadas de óxido para que as gotículas possam transportar eletricidade.
Quando o plástico em que as gotas são impressas é esticadas ou dobradas, as bolas maiores de metal podem se deformar, enquanto as menores agem como partículas rígidas que se deslocam para manter o contato.
Os pesquisadores demonstraram seus condutores conectando eletrônicos em um padrão elástico de LEDs exibindo as iniciais do Laboratório de Design de Materiais Dinâmicos, onde o trabalho foi feito. A equipe também construiu um sensor com os condutores que podem monitorar o sangue através da pele de uma pessoa (SN: 2/17/18).
Aplicações eletrônicas flexíveis não são novidade, diz o cientista de materiais Jiheong Kang do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia em Daejeon, Coréia do Sul. Mas há vantagens da nova abordagem em relação a outros projetos, diz ele, como aqueles que contam com canais cheios de metal líquido que podem vazar se o circuito for danificado. O metal líquido nos condutores que Kang e seus colegas desenvolveram fica preso nas pequenas esferas que estão embutidas no plástico e permanece no lugar mesmo se o material for rasgado.
Fios feitos de metal líquido têm sido frequentemente os condutores de referência para eletrônicos elásticos, diz Carmel Majidi, pesquisador em engenharia mecânica da Carnegie Mellon University em Pittsburgh, que não esteve envolvido no novo estudo. O uso de ultrassom introduz uma “nova abordagem para alcançar essa condutividade”. Outros grupos conseguiram esse feito aquecendo circuitos, expondo-os a lasers, esmagando-os ou vibrando os circuitos para fazer com que as gotículas se conectassem umas às outras, diz ele.
Majidi não está convencido de que o ultrassom abordagem é um divisor de águas para circuitos flexíveis. Mas ele diz que já é hora de o assunto aparecer em um jornal de ponta como Science. “Pessoalmente, estou muito animado para ver o campo em geral, e esse tipo específico de arquitetura de material, agora está ganhando essa visibilidade.”