ROLLA, Mo. — Componente electronice care pot fi alungite, răsucite sau întinse—cunoscută sub denumirea de electronică „întindere”.—ar putea în curând să alimenteze totul, de la purtabile medicale până la interior-sistemele vehiculelor. Iar cercetătorii de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Missouri sunt pionieri ai unei abordări de producție care ar putea aduce în sfârșit această tehnologie la curentul principal..

Scrierea în ediția din ianuarie 2017 a revistei Micromasini, Missouri S&Echipa de cercetare T, condusă de Dr. Heng Pan, profesor asistent de inginerie mecanică și aerospațială, a evaluat starea actuală a electronicii extensibile și a propus o soluție la una dintre cele mai persistente provocări ale domeniului:nepotrivirea fundamentală dintre suprafețele flexibile și conductorii electronici rigidi..

Rigidul-Flex Challenge

În centrul electronicelor extensibile se află substratul—de obicei, un elastomer, un polimer cu elasticitate ridicată care poate fi îndoit, întins, îndoit și răsucit în mod repetat, cu un impact redus asupra performanței sale. Cu toate acestea, conductoarele electronice care trebuie să fie construite sau încorporate în această suprafață flexibilă sunt adesea fragile și rigide.

„Au fost propuse modele unice și mecanică de întindere pentru a armonizanepotrivirile și pentru a integra materiale cu proprietăți foarte diferite ca un sistem unic”, a scris echipa de cercetare.

Imprimarea directă cu aerosoli: onouă abordare

Pentru a depăși acest rigid-barieră flexibilă, Pan și colegii săi s-au orientat către fabricarea aditivă—un proces care construiește trei-obiecte dimensionale strat cu strat, similar cu imprimarea 3D, dar folosind metale, ceramică sau alte materiale funcționale.

La Missouri S&T, ei testează o abordare specifică pe care Pan onumește „imprimare directă cu aerosoli”. Procesul presupune pulverizarea unui material conductiv și integrarea acestuia cu un substrat extensibil.

„Odată cu dezvoltarea producției aditive, tehnicile de scriere directă apar ca o alternativă la metodele tradiționale de modelare subtractivă”, au explicat cercetătorii.. Abordările străctive tradiționale includ fotolitografia, care este folosită în mod obișnuit pentru fabricarea semiconductorilor.

Pan și echipa sa cred că fabricarea aditivă oferă o cale mai economică pentru crearea acestornoi dispozitive. „Imprimarea directă, ca metodă de fabricație aditivă, ar satisface astfel de cerințe și ar oferi costuri reduse și viteză mare atât în ​​​​prototipare, cât și în producție”, au scris ei. „Ar putea fi o soluție pentru costuri-fabricație eficientă și scalabilă de electronice extensibile".

Un prototip care se lipește

Echipa a creat deja un prototip funcțional al unui dispozitiv electronic extensibil care poate adera la față. „Cel mai mare beneficiu al acestor electronice este că pot fi complet purtabile și se pot adapta complet la orice fel de mișcare”, a spus Pan. R&Revista D. „Pot fi montate pe față, de exemplu, și ar putea detecta orice mișcare mică de pe față”.

Aplicațiile potențiale se extind dincolo de senzorii faciali. Acești conductori extensibili ar putea înlocui într-o zi plăcile de circuite rigide și fragile care alimentează dispozitivele electronice de astăzi. Aceștia ar putea fi folosiți ca senzori portabili care aderă la piele pentru a monitoriza ritmul cardiac sau activitatea creierului, ca senzori încorporați în îmbrăcăminte sau chiar ca panouri solare subțiri care ar putea fi tencuite pe suprafețe curbe..

"Vedem multe beneficii. Credem că acesta poate fi viitorul dezvoltării electronice", a spus Pan.

Provocări viitoare

În ciuda promisiunii, rămân obstacole semnificative înainte ca electronicele extensibile să fie adoptate pe scară largă. Toate materialelenecesare fiecărui dispozitiv trebuie să fie imprimabile,necesitând dezvoltarea de cerneluri și materiale imprimabile cu toate proprietățilenecesare pentru fiecare funcție electronică.

„Există și provocări de integrare, cum ar fi cerințele variate de temperatură între diferite materiale”, a menționat Pan. Unul dintre cele mai mari obiective actuale ale echipei este dezvoltarea unui eficient, lung-baterie extensibilă de durată. „Dispozitivul energetic este o componentă foarte critică pentru ca acest lucru să fie realist”, a spus Pan. „Lucrăm intens la baterie”.

Cercetătorii subliniază, de asemenea,necesitatea de a se asigura că electronicele extensibile și suprafețele maleabile pe care sunt construite funcționează și îmbătrânesc bine împreună..

Un viitor flexibil

În ciuda acestor provocări, Pan rămâne optimist. „Fabricația aditivă are avantajul că se poate schimba cu ușurință de la un material la altul și poate integra toate materialele diferite într-o singură imprimare”, a spus el.. „Credem că tehnica aditivilor are un avantaj foarte puternic în crearea de electronice”.

Odată perfecționată, tehnologia va trebui extinsă pentru producția comercială—un proces pe care imprimarea 3D îl eficientizează în mod inerent. În cele din urmă, echipa are în vedere dispozitive carenu sunt doar scăzute-cost de creare dar și biodegradabil.

„Există mult potențial legat de uman-interacțiune cu computerul”, a spus Pan.

Cercetarea a fost publicată în Micromasini (2017, 8(1), 7) sub titlul „Materiale, mecanică și tehnici de modelare pentru elastomer-Conductori extensibili pe bază".