La svolta del metallo liquido può trasformare i materiali di uso quotidiano in “dispositivi intelligenti” elettronici

Da Cell Press9 giugno 2023

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per applicare il metallo liquido su superfici come carta e plastica, trasformando questi materiali di uso quotidiano in potenziali “dispositivi intelligenti”. Gli sforzi futuri mirano ad ampliare l'applicazione a diverse superfici e a costruire dispositivi intelligenti con materiali trattati con questo metodo.

Gli scienziati cinesi hanno ideato una tecnica per rivestire materiali di uso quotidiano come carta e plastica con metallo liquido, creando potenzialmente “dispositivi intelligenti”. Il metodo, che prevede la regolazione della pressione anziché l’utilizzo di un materiale legante, consente con successo al metallo liquido di aderire alle superfici, un compito precedentemente impegnativo a causa dell’elevata tensione superficiale.

Everyday materials such as paper and plastic could be transformed into electronic "smart devices" by using a simple new method to apply liquid metal to surfaces, according to scientists in Beijing, China. The study, published June 9 in the journal Cell Reports<em>Cell Reports</em> is a peer-reviewed scientific journal that published research papers that report new biological insight across a broad range of disciplines within the life sciences. Established in 2012, it is the first open access journal published by Cell Press, an imprint of Elsevier." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Cell Reports Physical Science, dimostra una tecnica per applicare un rivestimento di metallo liquido su superfici che non si legano facilmente al metallo liquido. L’approccio è progettato per funzionare su larga scala e può avere applicazioni in piattaforme di test indossabili, dispositivi flessibili e robotica morbida.

"Prima pensavamo che fosse impossibile per il metallo liquido aderire così facilmente alle superfici non bagnate, ma qui può aderire a varie superfici solo regolando la pressione, il che è molto interessante", ha detto Bo Yuan, uno scienziato di Tsinghua Università e il primo autore dello studio.

Gli scienziati che cercano di combinare il metallo liquido con i materiali tradizionali sono stati ostacolati dalla tensione superficiale estremamente elevata del metallo liquido, che gli impedisce di legarsi con la maggior parte dei materiali, compresa la carta. Per superare questo problema, la ricerca precedente si è concentrata principalmente su una tecnica chiamata “stampa a trasferimento”, che prevede l’utilizzo di un terzo materiale per legare il metallo liquido alla superficie. Ma questa strategia presenta degli inconvenienti: l'aggiunta di ulteriori materiali può complicare il processo e indebolire le prestazioni elettriche, termiche o meccaniche del prodotto finale.

Una struttura Origami multifunzionale costruita con la carta trattata con metallo liquido. Credito: Cell Reports Physical Science/Yuan et al.

Per esplorare un approccio alternativo che consentisse loro di stampare direttamente metallo liquido su substrati senza sacrificare le proprietà del metallo, Yuan e colleghi hanno applicato due diversi metalli liquidi (eGaln e BilnSn) a vari timbri in silicone e polimero siliconico, quindi hanno applicato forze diverse mentre sfregavano i timbri sulle superfici di carta.

"All'inizio era difficile realizzare un'adesione stabile del rivestimento di metallo liquido sul substrato", ha affermato Yuan. "Tuttavia, dopo molti tentativi ed errori, abbiamo finalmente trovato i parametri giusti per ottenere un'adesione stabile e ripetibile."

I ricercatori hanno scoperto che lo sfregamento del timbro ricoperto di metallo liquido contro la carta con una piccola quantità di forza ha permesso alle goccioline di metallo di legarsi efficacemente alla superficie, mentre l’applicazione di quantità maggiori di forza ha impedito alle goccioline di rimanere sul posto.

Successivamente, il team ha piegato la carta rivestita di metallo utilizzando una gru di carta, dimostrando che la superficie può ancora essere piegata come al solito una volta completato il processo. E dopo averlo fatto, la carta modificata mantiene ancora le sue consuete proprietà.

Sebbene la tecnica sembri promettente, Yuan ha osservato che i ricercatori stanno ancora cercando di capire come garantire che il rivestimento di metallo liquido rimanga al suo posto dopo essere stato applicato. Per ora, è possibile aggiungere materiale da imballaggio alla superficie della carta, ma il team spera di trovare una soluzione che non lo richieda.