РОЛЛА, М. — Электронные компоненты, которые можно удлинять, скручивать или растягивать.—известная как «растягивающаяся» электроника—вскоре может стать источником энергии для всего: от носимых медицинских устройств до медицинских устройств.-системы автомобиля. А исследователи из Университета науки и технологий Миссури разрабатывают производственный подход, который может, наконец, сделать эту технологию массовой..

Статья в январском номере журнала 2017 г. Микромашины, Миссури С&Исследовательская группа под руководством доктора Хенг Паня, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники, оценила текущее состояние растяжимой электроники и предложила решение одной из самых насущных проблем в этой области: фундаментального несоответствия между гибкими поверхностями и жесткими электронными проводниками..

Жесткий-Гибкий вызов

В основе растягиваемой электроники лежит подложка.—обычно это эластомер, полимер с высокой эластичностью, который можно многократно сгибать, растягивать, сгибать и скручивать с небольшим влиянием на его характеристики.. Однако электронные проводники, которые необходимо встроить в эту гибкую поверхность или встроить в нее, часто бывают хрупкими и жесткими..

«Были предложены уникальные конструкции и механика растяжения, чтобы гармонизировать несоответствия и объединить материалы с совершенно разными свойствами в одну уникальную систему», — написала исследовательская группа.

Прямая аэрозольная печать: новый подход

Чтобы преодолеть это жесткое-гибкий барьер, Пан и его коллеги обратились к аддитивному производству.—процесс, который создает три-слой за слоем трехмерные объекты, аналогично 3D-печати, но с использованием металлов, керамики или других функциональных материалов..

В Миссури С.&Т, они тестируют особый подход, который Пэн называет «прямой аэрозольной печатью».. Процесс включает в себя напыление проводящего материала и объединение его с растягивающейся подложкой..

«С развитием аддитивного производства методы прямого письма становятся альтернативой традиционным методам субтрактивного нанесения рисунков», — объяснили исследователи.. Традиционные субтрактивные подходы включают фотолитографию, которая обычно используется для производства полупроводников..

Пэн и его команда считают, что аддитивное производство предлагает более экономичный путь создания этих новых устройств.. «Прямая печать как метод аддитивного производства удовлетворит такие требования и обеспечит низкую стоимость и высокую скорость как прототипирования, так и производства», — пишут они. «Это может быть решением по стоимости-эффективное и масштабируемое производство гибкой электроники».

Прототип, который приживается

Команда уже создала рабочий прототип растягивающегося электронного устройства, которое может прикрепляться к лицу.. «Самое большое преимущество этой электроники заключается в том, что ее можно полностью носить, и она может полностью адаптироваться к любому движению», — сказал Пан. Р&Журнал Д. «Их можно установить, например, на лице, и они смогут обнаружить любое малейшее движение на вашем лице».

Потенциальные области применения выходят далеко за рамки лицевых датчиков. Эти растягивающиеся проводники однажды смогут заменить жесткие, хрупкие печатные платы, которые питают современные электронные устройства.. Их можно использовать в качестве носимых датчиков, прикрепляемых к коже для мониторинга сердечного ритма или активности мозга, в качестве датчиков, встроенных в одежду, или даже в качестве тонких солнечных панелей, которые можно приклеивать к изогнутым поверхностям..

«Мы видим много преимуществ. Мы думаем, что это может быть будущее развития электроники», — сказал Пан..

Предстоящие задачи

Несмотря на обещания, остаются значительные препятствия, прежде чем растягивающаяся электроника получит широкое распространение.. Все материалы, необходимые для каждого устройства, должны быть пригодны для печати, что требует разработки чернил и материалов для печати со всеми необходимыми свойствами для каждой электронной функции..

«Существуют также проблемы интеграции, такие как различные требования к температуре для разных материалов», — отметил Пан.. Одним из главных направлений деятельности команды в настоящее время является разработка эффективного и долгосрочного-долговечная растягивающаяся батарея. «Энергетическое устройство является очень важным компонентом для того, чтобы это было реалистично», — сказал Пан. «Мы интенсивно работаем над аккумулятором».

Исследователи также подчеркивают необходимость обеспечения того, чтобы растягиваемая электроника и податливые поверхности, на которых она построена, хорошо работали и старели вместе..

Гибкое будущее

Несмотря на эти проблемы, Пан остается оптимистом. «Преимущество аддитивного производства состоит в том, что оно позволяет легко переходить от одного материала к другому и объединять все различные материалы в одном отпечатке», — сказал он.. «Мы считаем, что аддитивная технология имеет очень сильное преимущество при создании электроники».

После совершенствования технологию необходимо будет масштабировать для коммерческого производства.—процесс, который 3D-печать по своей сути упрощает. В конечном итоге команда представляет устройства, которые будут не только низкими-стоимость создания, но также биоразлагаемый.

«В этом есть большой потенциал, связанный с человеческим фактором.-компьютерное взаимодействие», — сказал Пан..

Исследование было опубликовано в Микромашины (2017, 8(1), 7) под названием «Материалы, механика и методы создания рисунка для эластомера».-Растягивающиеся проводники на основе".