Circuito Flexível com EgaIn

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Como desenhar um circuito com uma caneta esferográfica
Um metal líquido encapsulado dentro de conchas de base biológica permite que os pesquisadores
"desenramem" circuitos eletrônicos funcionais com facilidade.
Imagine um material que conduz eletricidade como metal, mas se estica como um elástico. Agora
imagine que você pode usar uma caneta esferográfica para desenhar um circuito flexível e vestível com
esse material. Então, quando você terminar, você pode facilmente reciclar o material condutor com
quase 97% de eficiência.
Esse material não é mítico; é chamado de eutético gálio-índio (EGaIn), um metal líquido à temperatura
ambiente e altamente condutor, está atraindo muita atenção para suas possíveis aplicações em
eletrônica flexível.
Mas EgaIn tem uma propriedade que torna complicado para trabalhar: Sua tensão superficial muito alta
significa que ela tende a entrar em esferas, como a gota de água em uma superfície, com gotículas
individuais agregando para formar gotículas maiores. Se você tentar espalhar EgaIn em uma linha, ele
naturalmente volta para uma esfera.
Pesquisadores que esperam aproveitar a capacidade da EgaIn de conduzir a eletricidade têm procurado
maneiras de superar essa tensão para que possam moldá-la livremente.
Adicionando uma camada de lignina
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Em um estudo recente publicado na Advanced Functional Materials, Lin Dai e Chuanling Si da
Universidade de Ciência e Tecnologia de Tianjin, na China, e seus colegas de trabalho mostraram que o
EGaIn pode ser moldado encapsulou-o em um material de base biológica chamado lignina.
Um polímero orgânico complexo, a lignina é o que dá força aos troncos das árvores e outras células
vegetais. É abundante, não tóxica e, o melhor de tudo, se auto-monta em partículas nanométricas. Dai e
Si têm trabalhado em encontrar usos para a lignina há algum tempo, e sua agregação única e fácil
reciclabilidade os fizeram pensar que seria compatível com metais líquidos.
O método Dai e Si usados para envolver EgaIn em lignina faz uso elegante das propriedades naturais de
ambos os materiais e é surpreendentemente simples: eles misturaram EgaIn e lignina em solução e
sonicaram, o que significa que eles vibraram a solução com ondas sonoras agudas.
Lignina perto do metal líquido naturalmente adsorvedo à sua superfície, em seguida, montou em uma
concha em torno da gota de metal. O resultado foram esferas EGaIn de tamanho nanoenvolto em
lignina, como chocolates infinitesimalmente pequenos revestidos de doces.
Porque as esferas são nano-sized (ca. 100-250 nm), o material permaneceu suspenso em um líquido.
Para fazer um circuito, os pesquisadores simplesmente colocam sua “inpinhura de metal” em uma
caneta esferográfica e desenharam. Eles experimentaram uma dúzia de superfícies, incluindo papel,
madeira, metal e vidro; a lignina aderiu bem à maioria das superfícies.
No entanto, na nano-escala, a linha que eles desenháram não era condutora porque era composta de
esferas individuais de casca de lignina, e a casca da lignina bloqueava o fluxo de corrente entre eles.
Para resolver este problema e completar o circuito, eles usaram um rolo para achatar as contas EGaIn
revestidas com lignina. O rolo esmagou o revestimento de lignina, liberando o EGaIn e permitindo que
ele fluísse em uma única linha, enquanto a lignina se formava como uma camada que revestia o tubo,
como o revestimento de plástico em um fio de metal sólido.
O circuito era condutor e, se a eletricidade fosse aplicada, acenderia um LED. Melhor ainda,
permaneceu condutor, mesmo quando dobrado ou distorcido. As curvas afiadas (raio 5 mm)
aumentaram a resistência do circuito ao fluxo de eletricidade, mas a torção, mesmo a 720o, não teve
efeito sobre a resistência do circuito.
Circuitos recicláveis
O cólbio é relativamente raro, por isso a recuperação é importante. Mais uma vez, as propriedades da
lignina fazem dela uma boa escolha para o encapsulamento porque “a lignina pode ser dissolvida e
recuperada ajustando o ambiente de pH”, disse Dai.
Sonicating as contas EGaIn revestidas de lignina em uma solução básica dissolveu o revestimento de
lignina, liberando o EGaIn, que se agregou de volta em uma bola. A reciclabilidade do EGaIn foi
surpreendentemente eficiente; após dez rodadas de adição e remoção do revestimento de lignina, 97%
do EGaIn permaneceu.
Michael Dickey, que estuda novas maneiras de padronizar materiais macios na Universidade Estadual
da Carolina do Norte e que não esteve envolvido no estudo, comentou: “Este trabalho mostra como a
https://doi.org/10.1002/adfm.202310653
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lignina – um material abundante e barato encontrado nas plantas – pode ser montada como um
revestimento na superfície de partículas de metal líquido. O revestimento ajuda a estabilizar as
partículas e permite que elas sejam impressas para formar condutores flexíveis e elásticos. Tais
condutores podem permitir novos tipos de dispositivos eletrônicos macios e elásticos.
Metal e madeira são materiais simples e atemporais, mas aqui estão sendo combinados de maneiras
novas em nanoescala para produzir dispositivos futuristas. Os circuitos EGaIn revestidos com Lignin têm
uma miríade de aplicações potenciais, incluindo sensores vestíveis, dispositivos biomédicos e
eletrônicos transitórios.
Dai e Si dizem que “planejam explorar ainda mais a combinação única de biomassa lenhosa e metal
líquido para desenvolver materiais mais funcionais”.
Referência: Lin Dai, Chuanling Si, et al., Encapsulamento baseado em Lignina de partículas de metal
líquido para eletrônicos flexíveis e altamente recicláveis, materiais funcionais avançados (2023). DOI:
10.1002/adfm.202310653
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