Bilim insanları, ısıtıldığında katı ve yumuşak haller arasında geçiş yapabilen elektronik devreler basmak için kullanılabilecek yeni bir tür "elektronik mürekkep" geliştirdi.
Bu teknoloji, kullanıldığı yere ve amaca bağlı olarak şekil veya sertlik değiştirebilen yeni nesil elektronik cihazların yolunu açabilir. Vücut içine yerleştirilen ve içeride yumuşayan tıbbi implantlardan, esnek robotik sistemlere kadar birçok alanda potansiyel kullanım alanı bulunuyor.
Oda sıcaklığında katı olan ancak vücut sıcaklığının biraz altında (yaklaşık 37 santigrat derece) eriyen galyum metali ile, hafifçe ısıtıldığında çözünen polimer bazlı bir çözücüyü birleştiren mürekkep, stabil ve yazdırılabilir bir yapıya sahip. Isıtıldıktan sonra iletken hale geliyor ve sıcaklığa bağlı olarak sertliğini değiştirebiliyor.
Araştırmacılar, bu çalışmanın gelecekteki kişisel elektronikler, tıbbi cihazlar ve robotik sistemler için yeni imkanlar sunduğunu belirtiyor.
Günümüzdeki çoğu elektronik cihaz ya akıllı telefonlar ve dizüstü bilgisayarlar gibi sert, performanslı ve dayanıklı ama esnek olmayan cihazlar kategorisine giriyor ya da giyilebilir cihazlar gibi daha rahat taşınabilir ancak hassas üretimleri veya daha karmaşık bileşenlerle entegrasyonları zor olabilen yumuşak sistemler kategorisine.
Değişken sertliğe sahip elektronikler, bu boşluğu doldurarak cihazların gerektiğinde katı ve yumuşak haller arasında geçiş yapmasını sağlamayı hedefliyor.
Galyum, katı ve sıvı formlarındaki farklı davranışları nedeniyle bu alanda uzun süredir ilgi çekiyor. Ancak galyumu basılı elektroniklerde kullanmak, yüksek yüzey gerilimi ve havaya maruz kaldığında oksitlenme eğilimi nedeniyle zordu. Oksitlenme, malzemenin yüzeyinde bir kabuk oluşturarak doğru şekilde yapışmasını veya yayılmasını engelliyordu.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar, mikroskobik galyum parçacıklarını polimer bir matrisin (temelde esnek, mürekkep benzeri bir taban) içine dağıtmak için özel bir çözücü kullanarak bir süreç geliştirdi.
Basılan devre hafifçe ısıtıldığında, çözücü çözünüyor ve hafif asidik bir ortam oluşturuyor. Bu asidik ortam, galyum parçacıklarının üzerindeki oksit tabakasını soyarak erimelerini ve birleşerek iletken yollar oluşturmalarını sağlıyor.
Ortaya çıkan mürekkep, bir insan saç telinden bile daha ince olan 50 mikrometre (0.005 santimetre) kadar küçük detayları basmak için kullanılabiliyor. Malzeme, gerektiğinde plastik benzeri sertlik ile kauçuk benzeri yumuşaklık arasında geçiş yapabiliyor. Testler sırasında malzemenin ısıtıldığında 1.400 kattan fazla yumuşadığı görüldü.
Ekip, bükülebilir teknolojinin nasıl kullanılabileceğini göstermek için çalışan iki cihaz üretti. Bunlardan biri, oda sıcaklığında sert bir taşınabilir elektronik cihaz gibi davranan, ancak ciltle temas ettiğinde rahatlığı artırmak için yumuşayan giyilebilir bir sağlık cihazıydı. Diğeri ise, ameliyat sırasında hassas bir şekilde yerleştirilebilmesi için sert kalan ve beyne yerleştirildikten sonra tahrişi ve iltihabı azaltmaya yardımcı olmak için yumuşayan esnek bir beyin implantıydı.
Araştırmacılar, mürekkebin serigrafi ve daldırma kaplama gibi yaygın üretim teknikleriyle kullanılabildiğini, yani gelecekte daha büyük ölçekli veya üç boyutlu yazdırılmış elektroniklerde de kullanılabileceğini belirtiyorlar.
Araştırmacılara göre, bu çalışmanın temel başarısı, geliştirilen yenilikçi teknoloji sayesinde sıvı metal baskısının uzun süredir devam eden zorluklarının üstesinden gelmek. Mürekkebin asitliğinin kontrol edilmesiyle, basılan galyum parçacıklarını elektriksel ve mekanik olarak bağlayarak, oda sıcaklığında yüksek çözünürlüklü, geniş alanlı ve ayarlanabilir sertliğe sahip devrelerin üretimi mümkün hale geldi.
