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Láminas de silicona estirable
El silicio generalmente viene en chips rígidos. Pero si bien estos trozos de semiconductores son buenos en computadoras y teléfonos celulares, no son útiles para una gran cantidad de otras aplicaciones, como dispositivos electrónicos portátiles y computadoras flexibles. Mientras tanto, los nuevos tipos de componentes electrónicos basados en polímeros son flexibles pero no ofrecen el rendimiento del silicio.
Ondas de silicio: Se ha adherido una fina película de silicona a una hoja de caucho preestirada. Cuando se libera la tensión en la goma, la silicona se dobla para formar un patrón en espiga. Una vez creado el patrón inicial, la silicona y el caucho se estiran y sueltan horizontal y verticalmente.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign demostraron recientemente cómo el silicio puede estirarse en una dimensión, como una goma elástica. (Ver Silicona estirable). Ahora, en el trabajo más reciente del grupo, los investigadores han hecho láminas de silicio que también se pueden estirar en dos dimensiones, lo que podría hacer posible colocar componentes electrónicos en esferas y superficies con formas complicadas.
En los últimos años, se han realizado esfuerzos en laboratorios de investigación y empresas para hacer que la electrónica se flexione y se estire. Las pantallas flexibles, por ejemplo, están disponibles actualmente. (Consulte Plastic Electronics Head for Market). Pero estas pantallas se basan en circuitos hechos de polímeros orgánicos, que no tienen la velocidad del silicio, por lo que no se pueden utilizar para tareas computacionalmente intensivas. Además, los componentes electrónicos flexibles están limitados en las formas que pueden formar. Se pueden enrollar y doblar, pero no pueden adaptarse a la forma de una mano, por ejemplo.
Los nuevos resultados del equipo de Illinois, liderado por John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales, se basó en la investigación anterior del grupo con cintas elásticas unidimensionales de silicio, en las que colocaron cintas ultrafinas a una pieza de goma preestirada. Cuando se liberó la tensión sobre la goma, las cintas de silicona se pandearon. Posteriormente, las cintas se pudieron estirar nuevamente, tirando de la silicona tensa. Sin embargo, estas cintas solo podían estirarse en una dimensión. Una hoja de electrónica verdaderamente conformable necesita estirarse en dos direcciones para que pueda, por ejemplo, cubrir una esfera u otro objeto tridimensional.
Multimedia
Vea un video de la formación de las estructuras onduladas en una película delgada de silicio.
Entonces, en lugar de usar cintas de silicio, los investigadores colocaron láminas de silicio, que varían en tamaño de tres a cinco milímetros cuadrados y un grosor de 55 a 320 nanómetros, a una lámina de caucho estirada. Cuando se liberó el tramo, el silicio se combó para formar ondas complicadas y zigzags, creando una geometría de silicio nunca antes vista (ver video multimedia). Rogers dice que su equipo se sorprendió por la geometría real, un patrón de espina de pescado, que se asemeja a las diagonales variables de la columna vertebral del pez. Esencialmente, los patrones serpenteantes de ondas permiten que las láminas de silicio se estiren en dos dimensiones.
Hasta ahora, dice Rogers, su equipo ha fabricado diodos funcionales con silicio elástico bidimensional. Los investigadores han fabricado una serie de almohadillas de silicona cuadradas que están conectadas entre sí mediante cintas de silicio ondulado. Este diseño de dispositivo, dice Rogers, podría usarse en un guante quirúrgico inteligente que mediría la concentración de hormonas o el pH en el cuerpo, por ejemplo.
Además, el equipo está construyendo una serie de fotodetectores en el silicio elástico y colocándolo alrededor de una esfera para crear un ojo electrónico. Una aplicación de este tipo tardará muchos años en llegar, dice Rogers, pero si los investigadores pueden colocar dispositivos electrónicos y fotodetectores en una esfera, la gente puede tener una cámara mucho más avanzada y poderosa que podría usarse en teléfonos celulares o por el ejército.