Aktualności

Elektronika naskórna, czyli elektronika do bezpośredniego stosowania na skórze, to rodzaj cienkiego, elastycznego układu elektronicznego niewielkich rozmiarów, który może służyć np. do treningów sportowych, diagnostyki i monitorowania zdrowia. Przewiduje się także, że w przyszłości znajdzie zastosowanie w wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości oraz łączeniach w interfejsie człowiek-maszyna.

Takie układy wymagają materiałów miękkich, elastycznych, o dobrej przewodności elektrycznej, wysokiej rozciągliwości, ultracienkich. Jednocześnie ważna jest możliwość tworzenia wzorów i kompatybilność z ludzką skórą.

Jednoczesne osiągnięcie tych cech jest sporym wyzwaniem, którego podjęli się naukowcy z Centrum Badań Nanocząstek w Instytucie Nauk Podstawowych w Seulu w Korei Południowej. Zespół kierowany przez profesorów Hyeona Taeghwana i Kim Dae-Hyeonga opracował nową metodę wytwarzania materiału kompozytowego w postaci nanomembrany spełniającej wymienione wymagania. Otrzymywany materiał składa się z monowarstwy metalowych nanodrutów ciasno upakowanych w jednowarstwowej, ultracienkiej, gumowej folii.

Metoda o roboczej nazwie „float assembly method” (co można przetłumaczyć jako metodę nanoszenia lub unoszenia na powierzchni, albo też montażem pływakowym) wykorzystuje efekt Marangoniego, polegający na przepływie cieczy pomiędzy fazami różniącymi się wielkością napięcia powierzchniowego. Upuszczona kropla cieczy o niższym napięciu powierzchniowym na powierzchnię wody powoduje lokalne obniżenie napięcia, a to powoduje, że rozprowadza się cienko po powierzchni wody.

Wytworzenie nanomembrany wykonuje się w trzech etapach. W pierwszym etapie roztwór kompozytowy, będący mieszaniną nanodrutów srebra w kauczuku styrenowo-etylenowo-butylenowo-styrenowym (SEBS) rozpuszczonych w toluenie i etanolu, upuszczany jest na powierzchnię wody. Ze względu na swoje właściwości hydrofobowe, faza toluenowo-kauczukowa pozostaje nad wodą, zaś nanodruty lokują się na granicy faz wody i toluenu. Etanol miesza się z wodą obniżając lokalne napięcie powierzchniowe, co generuje przepływ Marangoniego i w efekcie zapobiega agregacji nanodrutów. Nanomateriały łączą się w monowarstwę na styku wody i cienkiej warstwy gumy oraz rozpuszczalnika. W drugim etapie upuszczany jest środek powierzchniowo czynny, co generuje drugą falę przepływu Marangoniego, która ciasno zagęszcza nanodruty. W ostatnim etapie odparowywany jest toluen i otrzymuje się nanomembranę o unikalnej strukturze, o efektywnie rozłożonych naprężeniach.

Tak otrzymany materiał ma rozciągliwość ponad 1000% i grubość 250 nm. Struktura umożliwia zgrzewanie na zimno i dwuwarstwowe układanie nanomembran na sobie. Dzięki temu otrzymywana jest przewodność powyżej 100000 S/cm. Naukowcy wykazali też, że nanomembranę można modelować za pomocą fotolitografii. Metodę można również zastosować do innych nanomateriałów i innych typów elastomerów.

Wysoce przewodzące, elastyczne materiały do naskórnej elektroniki oraz metodę ich otrzymywania opisano w Science. Artykuł dostępny pod adresem: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh4357. Więcej o efekcie Marangoniego można przeczytać np. tutaj: https://sj.umg.edu.pl/artykul-536.html

Tekst dla  nanonet.pl opracowano na podstawie: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210826170133.htm. 

– Dr Przemysław Oberbek