ローラ、モー。 — 伸ばしたり、ねじったり、伸ばしたりすることができる電子部品—「伸縮性のある」エレクトロニクスとして知られています—間もなく、医療用ウェアラブルから屋内まであらゆるものに電力を供給できるようになる-車両システム。そして、ミズーリ科学技術大学の研究者は、最終的にこの技術を主流にする可能性のある製造アプローチを開拓しています。。

2017 年 1 月号のジャーナルに執筆 マイクロマシン、ミズーリS&機械航空宇宙工学の助教授であるヘン・パン博士が率いるT研究チームは、伸縮性エレクトロニクスの現状を評価し、この分野で最も永続的な課題の1つである柔軟な表面と硬い電子導体の間の根本的な不一致に対する解決策を提案しました。。

硬い-フレックスチャレンジ

伸縮性エレクトロニクスの中心となるのは基板です—通常はエラストマー、つまり性能にほとんど影響を与えることなく繰り返し曲げ、伸ばし、座屈、ねじりを行うことができる高い弾性を備えたポリマーです。。ただし、この柔軟な表面上に構築または埋め込まれなければならない電子導体は、多くの場合脆くて硬いです。。

研究チームは「不一致を調和させ、大きく異なる特性を持つ材料を1つのユニークなシステムとして統合するために、ユニークなデザインと伸縮機構が提案されている」と述べている。

直接エアロゾル印刷: 新しいアプローチ

この硬直性を克服するには-フレックスバリア、パンと彼の同僚は積層造形に目を向けた—3つを構築するプロセス-3D プリントに似ていますが、金属、セラミック、またはその他の機能性材料を使用して、レイヤーごとに寸法オブジェクトを作成します。。

ミズーリSにて&T、彼らはパンが「直接エアロゾル印刷」と呼ぶ特定のアプローチをテスト中です。このプロセスには、導電性材料をスプレーし、伸縮性のある基板と一体化することが含まれます。。

「積層造形の発展に伴い、従来のサブトラクティブパターニング法の代替として直接描画技術が登場している」と研究者らは説明した。。従来のサブトラクティブ アプローチには、半導体の製造に一般的に使用されるフォトリソグラフィーが含まれます。。

パン氏と彼のチームは、積層造形がこれらの新しいデバイスを作成するためのより経済的な方法を提供すると信じています。 「積層造形法としてのダイレクトプリンティングは、そのような要件を満たし、試作と製造の両方において低コストと高速性を実現するだろう」と彼らは書いている。 「コスト面での解決策になるかも知れません」-伸縮性エレクトロニクスの効果的かつスケーラブルな製造」。

こだわりのプロトタイプ

チームはすでに、顔に貼り付けることができる伸縮性のある電子デバイスの実用的なプロトタイプを作成しました。 「これらのエレクトロニクスの最大の利点は、完全にウェアラブルであり、あらゆる種類の動きに完全に対応できることです」とパン氏は語った。 R&Dマガジン。 「たとえば顔に取り付けることができ、顔の小さな動きを検出できる可能性があります。」。

潜在的な用途は顔センサーをはるかに超えています。これらの伸縮可能な導体は、いつか今日の電子機器に電力を供給する硬くて脆い回路基板を置き換える可能性があります。。心拍数や脳の活動を監視するために皮膚に貼り付けるウェアラブルセンサーとして、衣服に埋め込まれたセンサーとして、または曲面に貼り付けることができる薄いソーラーパネルとして使用することもできます。。

「私たちは多くのメリットを感じています。これが電子開発の未来になる可能性があると考えています」とパン氏は語った。。

今後の課題

約束にもかかわらず、伸縮性エレクトロニクスが広く採用されるまでには大きなハードルが残されている。各デバイスに必要なすべての材料は印刷可能である必要があり、各電子機能に必要なすべての特性を備えたインクおよび印刷可能な材料の開発が必要です。。

「異なる材料間で温度要件が異なるなど、統合の課題もあります」とパン氏は述べました。。チームの現在の最大の焦点の 1 つは、効果的で長期間のパフォーマンスを開発することです。-長持ちする伸縮性のあるバッテリー。 「これを現実化するには、エネルギー装置が非常に重要なコンポーネントです」とパン氏は語った。 「私たちはバッテリーの開発に熱心に取り組んでいます」。

研究者らはまた、伸縮性エレクトロニクスとその上に構築される展性のある表面が適切に機能し、良好に経年劣化することを保証する必要性も強調しています。。

柔軟な未来

こうした課題にもかかわらず、パン氏は依然として楽観的です。 「積層造形には、ある材料から別の材料に簡単に変更でき、すべての異なる材料を 1 つのプリントに統合できるという利点があります。」と彼は言いました。。 「私たちは、積層技術がエレクトロニクスの作成において非常に強力な利点を持っていると信じています。」。

この技術が完成したら、商業生産のためにスケールアップする必要がある—3D プリンティングが本質的に合理化するプロセス。最終的にチームは、単に低いだけではないデバイスを構想しています。-作成コストがかかるが生分解性もある。

「これには人間に関連する可能性がたくさんあります-コンピューターとの対話」とパン氏は語った。。

この研究は、 マイクロマシン (2017年8月(1)、7) 「エラストマーの材料、力学、およびパターニング技術」というタイトルで-ベースの伸縮性導体」。