En los últimos años, científicos especializados en materiales e ingenieros electrónicos han trabajado juntos para desarrollar materiales nuevos e innovadores que permitan crear dispositivos electrónicos estirables y de alto rendimiento. Estos dispositivos pueden basarse en distintos diseños, como células activas rígidas-islas con interconexiones en forma de serpentina/fractal, planos mecánicos neutros o estructuras en búnker.
A pesar de los importantes avances en la fabricación de materiales estirables, algunos retos han resultado difíciles de superar. Por ejemplo, los materiales con diseños de interconexión ondulados o serpenteantes suelen tener una densidad de área limitada, y fabricar los materiales extensibles propuestos suele ser difícil y caro. Además, la rigidez de muchos de los materiales estirables existentes no se corresponde con la del tejido cutáneo humano, por lo que resultan incómodos sobre la piel y, por tanto, no son ideales para crear tecnologías vestibles.
Para resolver estos problemas, investigadores de la Universidad de Sungkyunkwan (SKKU), el Instituto de Ciencias Básicas (IBS), la Universidad Nacional de Seúl (SNU) y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han fabricado recientemente un polímero elástico depositado al vacío para desarrollar electrónica extensible. Este nuevo material, presentado en Nature Electronics, podría utilizarse para crear transistores de efecto de campo (FET) elásticos, que son componentes primarios de la mayoría de los dispositivos electrónicos del mercado actual.
“Recientemente se han propuesto varios enfoques para adoptar materiales blandos con el fin de desarrollar electrónica intrínsecamente estirable que no necesite ningún diseño estructural específico debido a su deformabilidad intrínseca”, explica Donghee Son, uno de los investigadores que ha llevado a cabo el estudio. “Sin embargo, estos dispositivos emplean materiales dieléctricos procesados en disolución y, por tanto, se enfrentan a problemas críticos para lograr altas prestaciones eléctricas”.
Los materiales dieléctricos orgánicos de puerta procesados en solución, materiales que pueden transmitir electricidad sin conducirla (es decir, aislándola), no son especialmente adecuados para la creación de electrónica flexible. En particular, tienen espesores micrométricos, escaso rendimiento aislante, inestabilidad química y baja uniformidad. Además, suelen ser incompatibles con los procesos convencionales de microfabricación, lo que dificulta su producción a gran escala.
Como consecuencia de estas limitaciones, los componentes electrónicos basados en estos materiales procesados en solución adolecen de escasa capacidad de control de la puerta y altos voltajes de funcionamiento, así como de una escalabilidad limitada. Por ello, Son y sus colegas, junto con otros equipos de investigación de todo el mundo, han intentado crear dieléctricos ultrafinos, extensibles, escalables y de alto rendimiento con estrategias de fabricación alternativas.
“En nuestro estudio, presentamos un nuevo enfoque del diseño de materiales dieléctricos para resolver los problemas mencionados de los dispositivos electrónicos intrínsecamente extensibles”, explica Son. “Nuestro dieléctrico estirable depositado al vacío a gran escala permite la fabricación escalable de dispositivos intrínsecamente estirables con prestaciones eléctricas comparables a las de los fabricados con materiales dieléctricos inorgánicos y orgánicos estirables no estirables (por ejemplo, Al2O3 depositado mediante deposición de capas atómicas y capa viscoelástica recubierta por rotación)”.
Para crear su dieléctrico polimérico, Son y sus colegas copolimerizaron primero dos monómeros diferentes, a saber, acrilato de isononilo (INA) y 1,3,5-trimetil-1,3,5-trivinilciclotrisiloxano (V3D3) mediante un proceso conocido como deposición química en fase vapor iniciada (iCVD). El monómero INA actúa como segmento blando, aumentando la capacidad de estiramiento del material, mientras que el V3D3 actúa como segmento duro reticulable, confiriendo a la película polimérica sólidas propiedades aislantes.
