롤라, 미주리. — 늘어나거나 비틀리거나 늘어날 수 있는 전자 부품—"신축성 있는" 전자 장치로 알려져 있음—곧 의료용 웨어러블부터 의료 기기까지 모든 분야에 전력을 공급할 수 있을 것입니다.-차량 시스템. 그리고 미주리 과학 기술 대학의 연구원들은 마침내 이 기술을 주류로 가져올 수 있는 제조 방식을 개척하고 있습니다..

2017년 1월호 저널에 기고 마이크로머신, 미주리 S&기계 및 항공우주 공학 조교수인 Heng Pan 박사가 이끄는 T 연구팀은 신축성 전자 장치의 현재 상태를 평가하고 이 분야의 가장 지속적인 과제 중 하나인 유연한 표면과 단단한 전자 도체 간의 근본적인 불일치에 대한 솔루션을 제안했습니다..

엄밀한-플렉스 챌린지

신축성 전자소자의 핵심은 기판이다—일반적으로 성능에 거의 영향을 주지 않으면서 반복적으로 구부리고, 늘어나고, 휘고, 비틀릴 수 있는 높은 탄성을 지닌 폴리머인 엘라스토머입니다.. 그러나 이 유연한 표면에 내장되거나 내장되어야 하는 전자 전도체는 종종 부서지기 쉽고 단단합니다..

연구팀은 "불일치를 조화시키고 매우 다른 특성을 가진 재료를 하나의 독특한 시스템으로 통합하기 위해 독특한 디자인과 스트레칭 메커니즘이 제안되었습니다"라고 썼습니다.

직접 에어로졸 인쇄: 새로운 접근 방식

이 딱딱함을 극복하기 위해-Flex Barrier를 사용하면서 Pan과 그의 동료들은 적층 제조로 전환했습니다.—세 가지를 만드는 과정-3D 프린팅과 유사하지만 금속, 세라믹 또는 기타 기능성 재료를 사용하여 층별로 입체적인 물체 만들기.

미주리 S에서&T, 그들은 Pan이 "직접 에어로졸 인쇄"라고 부르는 특정 접근 방식을 테스트하고 있습니다.. 이 공정에는 전도성 물질을 분사하고 신축성 있는 기판과 통합하는 과정이 포함됩니다..

연구진은 “적층 가공이 발달하면서 전통적인 감산 패터닝 방식을 대체하는 다이렉트 라이팅 기술이 등장하고 있다”고 설명했다.. 전통적인 감산법에는 반도체 제조에 일반적으로 사용되는 포토리소그래피가 포함됩니다..

Pan과 그의 팀은 적층 제조가 이러한 새로운 장치를 만드는 데 더 경제적인 방법을 제공한다고 믿습니다.. "적층 제조 방법인 직접 인쇄는 이러한 요구 사항을 충족하고 프로토타입 제작과 제조 모두에서 저비용과 고속을 제공할 것입니다."라고 그들은 썼습니다. "비용에 대한 해결책일 수도 있다"-신축성 전자 장치의 효과적이고 확장 가능한 제작".

확고한 프로토타입

팀은 이미 얼굴에 부착할 수 있는 신축성 전자 장치의 작동 프로토타입을 만들었습니다.. "이러한 전자 장치의 가장 큰 장점은 완전히 착용할 수 있고 어떤 종류의 동작에도 완벽하게 형성될 수 있다는 것입니다."라고 Pan은 말했습니다. R&디 매거진. "예를 들어 얼굴에 장착할 수 있으며 얼굴의 작은 움직임도 감지할 수 있습니다.".

잠재적인 응용 분야는 얼굴 센서를 훨씬 넘어서는 것입니다. 이러한 신축성 도체는 언젠가 오늘날의 전자 장치에 전력을 공급하는 단단하고 부서지기 쉬운 회로 기판을 대체할 수 있습니다.. 심박수나 뇌 활동을 모니터링하기 위해 피부에 부착하는 웨어러블 센서, 의류에 내장된 센서 또는 곡면에 부착할 수 있는 얇은 태양 전지판으로 사용할 수 있습니다..

"우리는 많은 이점을 보고 있습니다. 우리는 이것이 전자 개발의 미래가 될 수 있다고 생각합니다"라고 Pan은 말했습니다..

앞으로의 과제

이러한 약속에도 불구하고 신축성 전자 장치가 널리 채택되기까지는 상당한 장애물이 남아 있습니다.. 각 장치에 필요한 모든 재료는 인쇄 가능해야 하며, 각 전자 기능에 필요한 모든 특성을 갖춘 잉크 및 인쇄 가능한 재료의 개발이 필요합니다..

Pan은 "서로 다른 재료 사이에 다양한 온도 요구 사항과 같은 통합 문제도 있습니다."라고 말했습니다.. 현재 팀의 가장 큰 초점 중 하나는 효과적이고 장기적인-지속되는 신축성 배터리. Pan은 "에너지 장치는 이것이 현실화되기 위해 매우 중요한 구성 요소입니다."라고 말했습니다. "우리는 배터리를 위해 열심히 노력하고 있습니다".

연구원들은 또한 신축성 있는 전자 장치와 이를 기반으로 하는 가단성 표면이 함께 잘 작동하고 노화되도록 보장할 필요성을 강조합니다..

유연한 미래

이러한 어려움에도 불구하고 Pan은 여전히 낙관적입니다. "적층 가공은 한 재료에서 다른 재료로 쉽게 변경할 수 있고 모든 다른 재료를 하나의 프린트에 통합할 수 있다는 이점이 있습니다."라고 그는 말했습니다.. "우리는 적층 기술이 전자 제품 제작에 매우 강력한 이점을 갖고 있다고 믿습니다.".

일단 완성되면 기술은 상업적 생산을 위해 규모를 확장해야 합니다.—3D 프린팅이 본질적으로 간소화하는 프로세스. 궁극적으로 팀은 성능이 낮을 뿐만 아니라-만드는 데 비용이 들지만 생분해성.

"이것은 인간과 관련된 많은 잠재력이 있습니다.-컴퓨터 상호 작용"이라고 Pan은 말했습니다..

이 연구는 마이크로머신 (2017년 8월(1), 7) "엘라스토머의 재료, 역학 및 패터닝 기술"이라는 제목으로-기반 신축성 도체".