Notícias

Jun 01, 2023

Líquido

Uma equipe na Coreia usou ondas sonoras para conectar pequenas gotículas de metais líquidos dentro de um invólucro de polímero. A nova técnica é uma maneira de criar circuitos resistentes e altamente condutores que podem ser flexionados e

Uma equipe na Coreia usou ondas sonoras para conectar pequenas gotículas de metais líquidos dentro de um invólucro de polímero. A nova técnica é uma forma de criar circuitos resistentes e altamente condutores que podem ser flexionados e esticados até cinco vezes seu tamanho original.

Fazer eletrônicos extensíveis para sensores baseados na pele e dispositivos médicos implantáveis ​​requer materiais que possam conduzir eletricidade como metais, mas deformar-se como borracha. Os metais convencionais não são adequados para esse uso. Para fazer condutores elásticos, os pesquisadores analisaram polímeros condutores e compósitos de metais e polímeros. Mas esses materiais perdem a condutividade após serem esticados e liberados algumas vezes.

Metais líquidos, ligas que permanecem líquidas à temperatura ambiente, são uma opção mais promissora. Metais líquidos à base de gálio, normalmente ligas de gálio e índio, chamaram mais atenção devido à sua baixa toxicidade e alta condutividade elétrica e térmica. Eles também são resistentes por causa de uma película de óxido que se forma em sua superfície e aderem bem a vários substratos.

Para fazer circuitos condutores com metais líquidos à base de gálio, os pesquisadores normalmente borrifam ou imprimem gotículas do material em um substrato plástico elástico ou incorporam-nas dentro de um polímero emborrachado. A película de óxido normalmente precisa ser quebrada para que as gotículas possam se combinar para formar um caminho condutor. O problema com estas abordagens é que os metais líquidos podem vazar depois de um tempo, diz Jiheong Kang, professor de ciência e engenharia de materiais no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia.

Então, ele e seus colegas usaram um campo acústico para conectar gotículas de metal líquido, que primeiro incorporaram em um polímero. Os pesquisadores usam gotículas com 2 a 3 micrômetros de largura em média, menores do que outras já usaram, para reduzir as chances de as gotículas quebrarem e vazarem o metal líquido.

Quando aplicam ondas de ultrassom a uma frequência de 20 quilohertz, as microgotículas absorvem as vibrações para criar gotículas de tamanho nanométrico. Essas nanogotículas formam uma ponte entre as microgotículas. Quando o polímero é esticado, as microgotículas se alongam, mas as ligações das nanogotículas as mantêm conectadas.

Outros já criaram circuitos extensíveis depositando camadas ultrafinas de metal em redes semelhantes a teias ou padrões de serpentina. “Com nosso novo material, demonstramos as primeiras placas de circuito impresso elásticas sem qualquer engenharia estrutural”, diz Kang.

A equipe fez seus condutores elásticos com quatro ligas de metal líquido diferentes e 15 polímeros diferentes. Para demonstrar o uso dos condutores, eles fizeram displays extensíveis nos quais as redes de metal líquido conectavam diodos emissores de microluz [acima]. Eles também criaram um sensor de monitoramento de frequência cardíaca altamente extensível que poderia ser fixado na pele de um voluntário e medir a circulação sanguínea usando luz [abaixo]. Os resultados aparecem na revista Science.

O método de circuito elástico em que os autores foram pioneiros “ajuda a superar um grande desafio na criação de circuitos condutores com compósitos de polímero [metal líquido de gálio]”, escrevem Ruirui Qiao, da Universidade de Queensland, na Austrália, e Shiyang Tang, da Universidade de Birmingham, Reino Unido, num artigo de perspectiva que acompanha o artigo da Science. “Mas os compósitos ainda enfrentam vários desafios de fabricação.” Por exemplo, é difícil controlar com precisão o tamanho das gotículas com técnicas conhecidas para produzi-las.

Kang diz que ele e seus colegas planejam trabalhar para melhorar a resolução do padrão, encontrando maneiras de colocá-los mais próximos uns dos outros. Eles também planejam aumentar ainda mais a condutividade dos circuitos de metal líquido.