(Phys.org) —Os pesquisadores desenvolveram um método para fabricar eletrônicos à base de silício que podem ser esticados e dobrados sem danos, contornar o problema de extrema fragilidade que os materiais de silício flexíveis ultrafinos tradicionalmente enfrentam.

Os pesquisadores, liderado por Muhammad Mustafa Hussain na King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), publicaram um artigo sobre os eletrônicos dobráveis ​​à base de silício em uma edição recente da Cartas de Física Aplicada .

A maioria dos eletrônicos flexíveis desenvolvidos hoje são baseados em materiais poliméricos, mas os polímeros têm propriedades semicondutoras inferiores em comparação com o silício. Também, ao contrário do silício, a maioria dos polímeros não é totalmente compatível com os processos de fabricação padrão usados ​​na indústria de semicondutores de hoje.

Se o silício pode provar ser mecanicamente robusto o suficiente para suportar o alongamento e dobra exigidos pela eletrônica flexível, seria potencialmente um material ideal para a realização de eletrônicos comerciais flexíveis em grande escala.

No novo estudo, os pesquisadores dão um passo em direção a esse objetivo ao projetar um dispositivo à base de silício feito de "ilhas" de silício em massa interconectadas por finas, molas de silicone flexíveis. As ilhas grossas fornecem o suporte mecânico, enquanto as molas finas fornecem flexibilidade.

Um dos maiores desafios era projetar as molas em microescala de forma a evitar que se enroscassem, ao mesmo tempo que permite que se estendam várias vezes ao seu comprimento original.

Embora os pesquisadores tenham considerado formas espirais e padrões fractais, o melhor design que eles criaram foi inspirado na imitação do motivo esferulita-lamelar da natureza, um padrão que se assemelha às linhas radiantes frequentemente vistas nas rochas. Experimentos mostraram que este projeto geométrico tem a vantagem de espalhar a deformação induzida por flexão por todo o comprimento da mola.

Devido às molas extensíveis, o dispositivo final pode ser esticado para mais de cinco vezes sua área original. As nascentes também permitem que as ilhas se dobrem umas sobre as outras, resultando em um raio de curvatura de 130 µm, que é independente da espessura do dispositivo.

"Para um sistema totalmente flexível e extensível, devemos tornar a eletrônica de silício de alto desempenho flexível e extensível, "Hussain disse Phys.org . "Contudo, em seu estado normal, o silício é rígido e volumoso. Por anos, diminuindo o silício ou materiais semelhantes, a comunidade científica tornou o silício flexível. Ao adotar vários designs fractais, a elasticidade também foi alcançada. Contudo, esse silício flexível ultrafino é frágil, de modo que quando esticado, freqüentemente falha em manter sua integridade mecânica. Portanto, nosso trabalho aborda de forma decisiva todas essas preocupações, mostrando um processo compatível com CMOS de última geração para obter silício flexível e extensível com rigor mecânico suficiente. "

Uma vez que os novos processos de padronização são compatíveis com as tecnologias atuais de fabricação de semicondutores, os pesquisadores esperam que este projeto possa ser aplicado diretamente na fabricação de uma ampla gama de dispositivos flexíveis. As aplicações potenciais incluem eletrônicos vestíveis, células solares que se adaptam a superfícies curvas, telas táteis que se dobram como origami, e empilhamento 3-D de circuitos integrados. Outra possibilidade são componentes eletrônicos destacáveis, que são uma parte importante da eletrônica autodestrutível - dispositivos que podem se destruir quando sentem que sua segurança está sendo ameaçada.

"Estamos explorando novas oportunidades de aplicação para a eletrônica capacitar a humanidade, "Hussain disse." Nosso trabalho atual envolve o desenvolvimento de processos manufaturáveis ​​robustos para novas aplicações. A esse respeito, nosso próximo objetivo é desenvolver um dispositivo computacional que pode ser esticado e dobrado conforme necessário. No futuro, também prevemos componentes eletrônicos implantáveis ​​que podem ser remodelados e reconfigurados usando as técnicas desenvolvidas para atender ao crescimento natural dos órgãos do corpo de uma pessoa. "

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