El adhesivo de metal líquido se mantiene firme para componentes electrónicos duraderos y flexibles.

El adhesivo de metal líquido E-CASE permite conexiones flexibles para producir componentes electrónicos mejores y más resistentes para dispositivos portátiles y robótica.

Recientemente, los científicos han sintetizado un material compuesto cuyas propiedades lo convierten en un candidato ideal para el creciente campo de la electrónica flexible.

«Descubrimos un compuesto a base de metal líquido que es altamente conductor de electricidad y fuertemente adhesivo», dijo Michael Bartlett, profesor asociado de ingeniería mecánica en Virginia Tech, en un correo electrónico. «Esto permite conexiones mecánicas y eléctricas robustas entre circuitos flexibles y componentes eléctricos rígidos».

Estos incluyen pantallas de computadoras y teléfonos celulares, herramientas portátiles de monitoreo de la salud, diversos sensores ambientales, sensores de automóviles, sensores de aviones, galgas extensométricas en carreteras y puentes, y muchos otros.

“[Our liquid metal composite] «Supera varios desafíos en la próxima generación de electrónica flexible y blanda y nos permite crear electrónica híbrida flexible, que combina las propiedades deseables de la electrónica blanda y la electrónica rígida de última generación en un solo sistema», añadió Bartlett.

Para unir varios componentes electrónicos, los científicos e ingenieros suelen utilizar soldaduras calientes (aleaciones fusibles de metales como estaño, plomo, bismuto e indio), pero plantean desafíos en la electrónica flexible.

«Las soldaduras tradicionales son rígidas y quebradizas», explicó Wuzhou Zu, estudiante de doctorado en Virginia Tech que trabajó en el estudio. “Esto hace que la soldadura se agriete y se delamine cuando se usa con sustratos blandos y flexibles al doblarse o estirarse, lo que resulta en fallas. La soldadura también requiere altas temperaturas de procesamiento”.

Además de las soldaduras, también se pueden utilizar adhesivos conductores de electricidad a base de polímeros como interconexiones en dispositivos flexibles, pero también tienen desventajas. Por ejemplo, su conductividad es relativamente baja y la fuerza adhesiva es generalmente pobre.

Para superar estos problemas, el equipo desarrolló un tipo diferente de material, que fue reportado recientemente en el diario Materiales funcionales avanzados. «El material que estudiamos es un compuesto de microgotas de metal líquido eutéctico de galio-indio (EGaIn), microescamas de plata y una matriz epoxi flexible», dijo Brittan Wilcox, estudiante de doctorado en Virginia Tech y otro autor del estudio.

«Lo llamamos E-CASE (adhesivo eléctricamente conductor con plata y EGaIn)», continuó. “Nuestro adhesivo se puede procesar a bajas temperaturas mediante métodos como la impresión con esténcil y la impresión 3D y se puede utilizar con materiales de circuitos flexibles que la soldadura tradicional a alta temperatura no puede.

El estudio experimental del equipo demostró no sólo la impresionante fuerza adhesiva y conductividad de E-CASE, sino también sus notables propiedades mecánicas. Una tira de este material adornada con múltiples LED podría soportar un radio de curvatura estrecho de aproximadamente 1 mm sin fallar el LED e incluso soportar el peso de un automóvil que pasa sobre ella.

«Esperamos que este material pueda desempeñar un papel en varias áreas de la electrónica, la robótica y los sensores», dijo Barlett. «A medida que crece el uso de circuitos híbridos y flexibles en campos como la electrónica portátil, el biomonitoreo, los robots flexibles y más, será fundamental crear conexiones eléctricas y adhesivas robustas en interfaces rígidas y flexibles».

A pesar de su éxito en experimentos de laboratorio, el camino del material hacia un uso industrial generalizado aún puede enfrentar desafíos. «Se ha demostrado que el material funciona en sistemas electrónicos híbridos, pero para ampliar la fabricación, necesitaremos optimizar múltiples parámetros de procesamiento y desarrollar una mejor comprensión de cómo funcionan los materiales con el tiempo», dijo Tyler Pozarycki, un estudiante de maestría que También trabajó en el proyecto.

El equipo reconoce los obstáculos y prevé abordarlos en un futuro próximo, diciendo que esperan que su estudio no siga siendo sólo un experimento científico, sino que conduzca a un salto tecnológico en muchas industrias vitales.

«Sería importante perfeccionar el proceso de fabricación para lograr coherencia en la microfabricación», concluyó Zu. «Esto puede ser particularmente desafiante a gran escala, y será importante una comprensión más profunda de los parámetros del proceso, las técnicas de integración y los enfoques de caracterización».

Referencia: Michael D. Bartlett, et al., Un adhesivo de metal líquido flexible y eléctricamente conductor para la integración electrónica híbrida, Materiales funcionales avanzados (2024). DOI: 10.1002/adfm.202313567.

Crédito de la imagen principal: Michael Bartlett et al.