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May 30, 2023

Usando um metal líquido solidificado para construir eletrônicos flexíveis em 3D

Artigo de 23 de fevereiro de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo ao mesmo tempo a

Recurso de 23 de fevereiro de 2023

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Nos últimos anos, engenheiros e cientistas de materiais têm tentado identificar materiais particularmente promissores para a criação de eletrônicos flexíveis de diferentes formatos e tamanhos. Em última análise, esta electrónica poderia ser integrada em dispositivos vestíveis (por exemplo, relógios inteligentes e dispositivos médicos para monitorizar sinais biológicos), robôs flexíveis e outros sistemas.

Entre os muitos tipos de materiais que poderiam ser usados ​​para fabricar eletrônicos extensíveis estão os metais líquidos baseados em ligas de gálio, que são essencialmente misturas de metais que incluem o gálio. As ligas líquidas de gálio são intrinsecamente fluidas e altamente condutoras, duas propriedades vantajosas para a criação de eletrônicos macios ou flexíveis.

Construir circuitos tridimensionais (3D) usando quaisquer metais líquidos, no entanto, tem se mostrado um desafio até agora. Isto impôs limites às possíveis estruturas que podem ser criadas com ligas de gálio líquidas, dificultando a sua utilização generalizada para a criação de dispositivos eletrónicos macios e extensíveis.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Harbin e da Academia Chinesa de Ciências fabricaram recentemente eletrônicos flexíveis com circuitos 3D usando uma liga líquida de gálio-índio. Seu artigo, publicado na Nature Electronics, identifica uma liga de gálio com qualidades adequadas para o desenvolvimento de eletrônica flexível, incluindo transição de fase sólido-líquido, resistência mecânica e boa plasticidade em estado sólido.

"Mostramos que uma liga de gálio-índio pode ser usada para fabricar eletrônicos flexíveis com circuitos 3D, explorando a transição de fase sólido-líquido e a deformação plástica do metal líquido", escreveram Guoqiang Li e seus colegas em seu artigo.

Para fabricar eletrônicos flexíveis usando sua liga de gálio-índio, Ga10In, os pesquisadores primeiro resfriaram uma amostra da liga a baixas temperaturas. Esse processo permitiu que moldassem o material em fios e folhas metálicas sólidas.

"Fios de liga sólidos, mas plasticamente deformáveis, são moldados em circuitos a baixas temperaturas (abaixo de 15 graus Celsius) e encapsulados em um elastômero, antes de serem aquecidos acima de sua temperatura de fusão", explicaram Li e seus colegas em seu artigo. "Posteriormente, o efeito de super-resfriamento permite que a liga mantenha o estado líquido em uma ampla faixa de temperaturas, inclusive abaixo do ponto de fusão."

Ao encapsular as estruturas metálicas líquidas pré-fabricadas num elastómero e aquecê-las acima dos 22,7 graus Celsius, a equipa garantiu que estas estruturas recuperassem a sua fluidez. O processo resultou em um metal líquido extensível que conduz eletricidade e pode, portanto, ser usado para criar componentes eletrônicos flexíveis.