Scienziati finanziati dall'UE fanno avanzare di un passo l'elettronica elastica
Ricercatori finanziati dall'UE in Francia e negli USA, impegnati a studiare come si staccano gli adesivi dal vetro, hanno trovato un nuovo modo per controllare la fabbricazione di elettronica elastica. I risultati, pubblicati su Proceedings of the National Academy of Science, hanno implicazioni per lo sviluppo di dispositivi elettronici integrati in materiali come guanti chirurgici, display flessibili e carta elettronica. Queste scoperte fanno parte dei risultati del progetto MECHPLANT ("'The role of mechanical instabilities in leaf development "), che è stato finanziato con 1,3 milioni di euro nell'ambito del tema "Scienza e tecnologie nuove ed emergenti" del Sesto programma quadro (6° PQ). I partner del MECHPLANT hanno studiato la costituzione della forma durante lo sviluppo delle foglie per capire meglio l'interazione tra le proprietà genetiche di una pianta e le instabilità meccaniche. In questo studio, il team ha analizzato il modo in cui gli adesivi attaccati al vetro si raggrinzano, si gonfiano e si delaminano. Per esempio, spesso si vedono bolle d'aria tra un adesivo e il finestrino di un'automobile, questo fenomeno è di solito causato dall'espansione dell'adesivo, dovuta solitamente al calore. Oppure, la compressione della superficie fa in modo che l'adesivo, o la pellicola, si pieghi fino a staccarsi dalla superficie, formando dei rigonfiamenti. "È una cosa che vediamo tutti i giorni, ma se si guarda in modo diverso si può vedere qualcosa di nuovo," ha detto il co-ricercatore Pedro Reis del Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti. Secondo gli autori, si sono fatti notevoli tentativi per capire come evitare il rigonfiamento, il raggrinzirsi e la delaminazione di rivestimenti sottili. Gli studi recenti però hanno sfruttato queste proprietà sotto compressione per sviluppare dispositivi elettronici flessibili. "Una delle principali difficoltà che limita lo sviluppo di questi dispositivi è la necessità che il substrato sia in grado di flettersi senza stirare e danneggiare i fili che formano il circuito," spiegano. "Un modo di superare questa difficoltà consiste nell'usare un substrato polimerico che sia prima stirato e poi rivestito con i fili a seconda dello schema richiesto," si legge nello studio. Una volta eliminata la tensione sul substrato, i fili relativamente rigidi si deformano, portando ad una instabilità causata dal loro raggrinzirsi e in seguito alla formazione di bolle di delaminazione. Le bolle possono facilitare la flessione del substrato perché i fili possono piegarsi, piuttosto che stirarsi. I ricercatori hanno stirato e compresso superfici cui erano attaccate pellicole sottili ed hanno misurato le dimensioni delle bolle risultanti. Nello specifico, hanno attaccato una sottile pellicola di polipropilene a un substrato morbido, che era o sottile (stirato prima dell'adesione) o spesso (non stirato). I substrati sottili e spessi sono stati quindi compressi. Inizialmente appariva una bolla unica; quando veniva applicata un'ulteriore compressione spuntava una serie di bolle quasi identiche. Sono state quindi definite le dimensioni della prima bolla e della successiva evoluzione di molteplici bolle. I risultati hanno consentito agli scienziati di sviluppare un modello della formazione, dimensioni ed evoluzione di bolle di delaminazione. Hanno scoperto che le dimensioni delle bolle dipendono dall'elasticità della pellicola, dal substrato e dalla forza di adesione tra di essi. Il nuovo modello prevede in modo efficace le dimensioni delle bolle che si formeranno in specifiche condizioni. "Le bolle di delaminazione hanno dimensioni caratteristiche che cercano di scegliere per se stesse," ha detto Dominic Vella del Centre National de la Recherche Scientifique francese. "Abbiamo definito queste dimensioni in modo che in principio possano essere determinate semplicemente a partire dai parametri di un dato sistema." Il team ha scoperto che la creazione intenzionale di superfici delaminate potrebbe rendere la progettazione di dispositivi flessibili molto più semplice, poiché i fili attaccati ad una superficie possono muoversi insieme al materiale senza rompersi. Se i fili sono già separati dalla superficie - ha argomentato il team - la torsione del materiale non ne provocherà la rottura. I ricercatori suggeriscono inoltre che pellicole ultra sottili e ultra resistenti come le lamine di grafene "potrebbero essere il materiale ideale per applicazioni di circuiteria pieghevole su piccola scala usando strutture di delaminazione". In precedenza questo lavoro si fondava su complesse tecniche di microfabbricazione per far apparire bolle di delaminazione. Il nuovo modello dà agli ingegneri l'opportunità di controllare la delaminazione in maniera più precisa e potrebbe facilitare enormemente lo sviluppo di elettronica elastica attraverso il rigonfiamento del materiale.
Paesi
Francia, Stati Uniti