ROLLA, Mo. — Uzatılabilen, bükülebilen veya gerilebilen elektronik bileşenler—"gerilebilir" elektronik olarak bilinir—yakında tıbbi giyilebilir cihazlardan elektronik cihazlara kadar her şeye güç sağlayabilir-araç sistemleri. Missouri Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bu teknolojiyinihayet ana akım haline getirebilecek bir üretim yaklaşımına öncülük ediyorlar..

Derginin Ocak 2017 sayısındaki yazılar Mikromakineler, Missouri S&Mekanik ve havacılık mühendisliği yardımcı doçenti Dr. Heng Pan liderliğindeki T araştırma ekibi, gerilebilir elektroniklerin mevcut durumunu değerlendirdi ve alanın en kalıcı zorluklarından birine bir çözüm önerdi: esnek yüzeyler ile sert elektronik iletkenler arasındaki temel uyumsuzluk.

Sert-Esnek Mücadele

Gerilebilir elektroniklerin kalbinde alt tabaka bulunur—tipik olarak bir elastomer, performansı üzerinde çok az bir etkiyle tekrar tekrar bükülebilen, gerilebilen, bükülebilen ve bükülebilen yüksek elastikiyete sahip bir polimer. Ancak bu esnek yüzeyin üzerine inşa edilmesi veya gömülmesi gereken elektronik iletkenler genellikle kırılgan ve serttir..

Araştırma ekibi şunları yazdı: "Uyumsuzlukları uyumlu hale getirmek ve çok farklı özelliklere sahip malzemeleri benzersiz bir sistem olarak entegre etmek için benzersiz tasarımlar ve esneme mekaniği önerildi."

Doğrudan Aerosol Baskı: Yeni Bir Yaklaşım

Bu katılığın üstesinden gelmek için-Esnek bariyer, Pan ve meslektaşları katmanlı üretime yöneldi—üç oluşturan bir süreç-Boyutlunesneler, 3D baskıya benzer şekilde ancak metaller, seramikler veya diğer işlevsel malzemeler kullanılarak katman katman oluşturulur..

Missouri S'de&T, Pan'ın "doğrudan aerosol baskı" adını verdiği özel bir yaklaşımı test ediyorlar. İşlem, iletken bir malzemenin püskürtülmesini ve bunun gerilebilir bir alt tabaka ile entegre edilmesini içerir..

Araştırmacılar, "Katmanlı imalatın gelişmesiyle birlikte, geleneksel çıkarmalı modelleme yöntemlerine alternatif olarak doğrudan yazma teknikleri ortaya çıkıyor" dedi.. Geleneksel çıkarımsal yaklaşımlar, yarı iletkenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılan fotolitografiyi içerir..

Pan ve ekibi, katmanlı üretimin bu yeni cihazların yaratılmasında daha ekonomik bir yol sunduğuna inanıyor. "Bir eklemeli üretim yöntemi olarak doğrudan baskı, bu gereksinimleri karşılayabilir ve hem prototip oluşturmada hem de üretimde düşük maliyet ve yüksek hız sunabilir" diye yazdılar. "Maliyet açısından çözüm olabilir"-gerilebilir elektroniklerin etkili ve ölçeklenebilir üretimi".

Yapışan Bir Prototip

Ekip halihazırda yüze yapışabilen, gerilebilir bir elektronik cihazın çalışan bir prototipini oluşturdu.. Pan, "Bu elektroniklerin en büyük yararı, tamamen giyilebilir olmaları ve her türlü harekete tamamen uyum sağlayabilmeleridir" dedi. R&D Dergisi. "Örneğin yüzünüze monte edilebilirler ve yüzünüzdeki en ufak hareketi algılayabilirler".

Potansiyel uygulamalar yüz sensörlerinin çok ötesine uzanır. Bu gerilebilir iletkenler bir gün günümüzün elektronik cihazlarına güç veren sert, kırılgan devre kartlarının yerini alabilir. Kalp atış hızını veya beyin aktivitesini izlemek için cilde yapışan giyilebilir sensörler, giysilere gömülü sensörler veya hatta kavisli yüzeylere yapıştırılabilen ince güneş panelleri olarak kullanılabilirler..

Pan, "Pek çok fayda görüyoruz. Bunun elektronik gelişimin geleceği olabileceğini düşünüyoruz" dedi..

Önümüzdeki Zorluklar

Verilen söze rağmen, gerilebilir elektroniklerin geniş çapta benimsenmesinin önünde önemli engeller var. Her cihaz için ihtiyaç duyulan tüm materyaller basılabilir olmalıdır; bu, her elektronik fonksiyon için gerekli tüm özelliklere sahip mürekkeplerin ve basılabilir materyallerin geliştirilmesini gerektirir..

Pan, "Farklı malzemeler arasında değişen sıcaklık gereksinimleri gibi entegrasyon zorlukları da var" dedi.. Ekibin şu anki en büyük odaknoktalarından biri etkili, uzun süreli bir-uzun ömürlü gerilebilir pil. Pan, "Bunun gerçekçi olabilmesi için enerji cihazı çok kritik bir bileşendir" dedi. "Batarya üzerinde yoğun bir şekilde çalışıyoruz".

Araştırmacılar ayrıca, gerilebilir elektroniklerin ve bunların üzerine inşa edildiği şekillendirilebilir yüzeylerin birlikte iyi performans göstermesini ve eskimesini sağlamanın gerekliliğini vurguluyor..

Esnek Bir Gelecek

Pan, bu zorluklara rağmen iyimserliğini koruyor. "Katmanlı üretimin bir malzemeden diğerine kolayca geçiş yapabilme ve tüm farklı malzemeleri tek bir baskıda bir araya getirebilme avantajı var" dedi. "Elektroniğin yaratılmasında katkı tekniğinin çok güçlü bir avantaja sahip olduğuna inanıyoruz".

Mükemmel hale getirildikten sonra teknolojinin ticari üretim için ölçeklendirilmesi gerekecek—3D baskının doğası gereği kolaylaştırdığı bir süreç. Sonuç olarak ekip, yalnızca düşük maliyetli değil aynı zamanda da düşük maliyetli cihazlar öngörüyor.-oluşturma maliyeti yüksek ama aynı zamanda biyolojik olarak parçalanabilir.

"İnsanla ilgili bu konuda çok fazla potansiyel var-bilgisayar etkileşimi" dedi Pan.

Araştırma şu tarihte yayınlandı: Mikromakineler (2017, 8(1), 7) "Elastomer için Malzemeler, Mekanik ve Desenlendirme Teknikleri" başlığı altında-Esaslı Gerilebilir İletkenler".