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Los investigadores revelan un nuevo método para fabricar un nanomembrane altamente conductor y elástico

La “electrónica de la piel” es ligeramente la electrónica flexible que se podría montar sobre la piel. Mientras que puede sonar como algo fuera de la ciencia ficción, se anticipa que pronto tales dispositivos pueden servir como dispositivos de la siguiente-generación con una amplia gama de usos tales como supervisión de salud, diagnosis de la salud, realidad virtual, e interfaz persona-máquina.

Mientras que se prevee, crear tales dispositivos requiere los componentes que son suaves y estirables ser mecánicamente compatibles con la piel humana. Uno de los componentes vitales de la electrónica de la piel es un conductor intrínseco estirable que transmite señales eléctricas entre los dispositivos.

Para la operación segura y el funcionamiento de alta calidad, se requiere un conductor estirable que ofrece espesor ultrafino, metal-como conductividad, alto stretchability, y la facilidad del patternability. A pesar de la investigación extensa, no era todavía posible desarrollar un material que posee todas estas propiedades simultáneamente, debido al hecho de que tienen a menudo equilibrios entre uno otros.

Llevado por el profesor HYEON Taeghwan y KIM Dae-Hyeong, investigadores en el centro para la investigación del Nanoparticle dentro del instituto para la ciencia básica (IBS) en Seul, Corea del Sur reveló un nuevo método para fabricar un material compuesto en una forma del nanomembrane, que viene con todas las propiedades antedichas. El nuevo material compuesto consiste en los nanowires del metal que se cargan apretado en una capa monomolecular dentro de la película de goma ultrafina.

Este material nuevo fue hecho usando un proceso que las personas desarrolladas llamaron “un método del montaje del flotador”. El montaje del flotador se aprovecha del efecto de Marangoni, que ocurre en dos fases líquidas con diversas tensiones de superficie. Cuando hay un gradiente en la tensión de superficie, un flujo de Marangoni se genera lejos de la región con una tensión de superficie más inferior hacia la región con una tensión de superficie más alta. Esto significa que eso la caída de un líquido con una tensión de superficie más inferior en la superficie del agua baja la tensión de superficie localmente, y el flujo resultante de Marangoni hace el líquido caído extenderse fino a través de la superficie del agua.

El nanomembrane se crea usando un método del montaje del flotador que consista en un proceso del tres-paso. El primer paso implica el caer de una solución compuesta, que es una mezcla de los nanowires, del caucho disuelto en tolueno, y del etanol del metal, en la superficie del agua.

Sigue habiendo la fase del tolueno-caucho encima del agua debido a su propiedad hidrofóbica, mientras que los nanowires terminan hacia arriba en el interfaz entre el agua y las fases del tolueno. El etanol dentro de la solución se mezcla con el agua para bajar la tensión de superficie local, que genera el flujo de Marangoni que las propagaciones hacia fuera y previenen la agregación de los nanowires.

Esto monta los nanomaterials en una capa monomolecular en el interfaz entre el agua y un caucho muy fino/una película solvente. En el segundo paso, el tensioactivador se cae para generar una segunda onda del flujo de Marangoni que condensa apretado los nanowires. Finalmente, en el tercer paso, se evapora el tolueno y un nanomembrane con una estructura única en la cual una capa monomolecular altamente condensada de nanowires se embuta parcialmente en una película de goma ultrafina se obtiene.

Su estructura única permite la distribución eficiente de la deformación en la película de goma ultrafina, llevando a las propiedades físicas excelentes, tales como un stretchability de sobre el 1.000%, y un espesor de solamente 250 nanómetro. La estructura también permite empilar de la soldadura en frío y de la BI-capa del nanomembrane sobre uno a, que lleva a metal-como conductividad sobre 100.000 S/cm.

Además, los investigadores demostraron que el nanomembrane se puede modelar usando la fotolitografía, que es una tecnología dominante que es ampliamente utilizada para fabricar los dispositivos de semiconductor comerciales y electrónica avanzada. Por lo tanto, se prevee que el nanomembrane pueda servir como nuevo material de la plataforma para la electrónica de la piel.

Source:
Journal reference:

Jung, D., et al. (2021) Highly conductive and elastic nanomembrane for skin electronics. Science. doi.org/10.1126/science.abh4357.