РОЛЛА, Пн. — Електронні компоненти, які можна подовжити, скручувати або розтягувати—відома як "розтягувана" електроніка—невдовзі зможе живити все, починаючи від медичних носилок і закінчуючи ін-системи автомобіля. А дослідники з Університету науки і технологій Міссурі впроваджують виробничий підхід, який може нарешті вивести цю технологію на мейнстрім.

Письмо у випуску журналу за січень 2017 року Мікромашини, Міссурі С&Дослідницька група T на чолі з доктором Хенг Паном, доцентом кафедри механічної та аерокосмічної інженерії, оцінила поточний стан електроніки, що розтягується, і запропонувала рішення однієї з найбільш постійних проблем у галузі: фундаментальної невідповідності між гнучкими поверхнями та жорсткими електронними провідниками..

Жорсткий-Flex Challenge

В основі розтяжної електроніки лежить підкладка—зазвичай це еластомер, полімер з високою еластичністю, який можна багаторазово згинати, розтягувати, згинати та скручувати з невеликим впливом на його продуктивність. Однак електронні провідники, які повинні бути вбудовані в цю гнучку поверхню, часто є крихкими та жорсткими..

«Були запропоновані унікальні конструкції та механізми розтягування, щоб гармонізувати невідповідності та об’єднати матеріали з дуже різними властивостями в одну унікальну систему», — написала дослідницька група.

Прямий аерозольний друк: новий підхід

Щоб подолати цю жорсткість-flex barrier, Пан і його колеги звернулися до адитивного виробництва—процес, який будує три-розмірні об'єкти шар за шаром, подібно до 3D-друку, але з використанням металів, кераміки чи інших функціональних матеріалів.

У Міссурі С&T, вони тестують конкретний підхід, який Pan називає «прямим аерозольним друком».. Процес включає розпилення провідного матеріалу та його інтеграцію з еластичною підкладкою.

«З розвитком адитивного виробництва методи прямого письма з’являються як альтернатива традиційним методам субтрактивного малювання», — пояснили дослідники.. Традиційні субтрактивні підходи включають фотолітографію, яка зазвичай використовується для виробництва напівпровідників.

Пан і його команда вважають, що адитивне виробництво пропонує більш економічний шлях до створення цих нових пристроїв. «Прямий друк, як метод адитивного виробництва, задовольнив би такі вимоги та запропонував низьку вартість і високу швидкість як у створенні прототипів, так і у виробництві», — написали вони. «Це може бути рішенням щодо вартості-ефективне та масштабоване виготовлення розтягуваної електроніки".

Прототип, який прилипає

Команда вже створила робочий прототип розтягуваного електронного пристрою, який може приклеюватися до обличчя. «Найбільша перевага цієї електроніки полягає в тому, що її можна носити, і вона може повністю відповідати будь-якому руху», — сказав Пан Р&D Журнал. «Вони можуть бути встановлені, наприклад, на обличчі, і можуть виявляти будь-які незначні рухи вашого обличчя».

Потенційне застосування виходить далеко за межі датчиків обличчя. Ці розтяжні провідники одного разу зможуть замінити жорсткі, крихкі друковані плати, які живлять сучасні електронні пристрої. Їх можна використовувати як датчики, які можна носити, які прикріплюються до шкіри для моніторингу серцевого ритму чи активності мозку, як датчики, вбудовані в одяг, або навіть як тонкі сонячні панелі, які можна наклеїти на вигнуті поверхні..

«Ми бачимо багато переваг. Ми вважаємо, що це може бути майбутнє електронного розвитку», — сказав Пан.

Виклики попереду

Незважаючи на обіцянки, залишаються значні перешкоди до того, як еластична електроніка стане широко впровадженою. Усі матеріали, необхідні для кожного пристрою, мають бути придатними для друку, що потребує розробки чорнила та матеріалів для друку з усіма необхідними властивостями для кожної електронної функції.

«Існують також проблеми інтеграції, такі як різні вимоги до температури для різних матеріалів», — зазначив Пан. Одним із найбільших напрямків команди зараз є розробка ефективного, тривалого-довговічна розтяжна батарея. "Енергетичний пристрій є дуже важливим компонентом для того, щоб це було реалістично", - сказав Пан. «Ми інтенсивно працюємо над акумулятором».

Дослідники також наголошують на необхідності гарантувати, що еластична електроніка та пластичні поверхні, на яких вони побудовані, працюють і добре старіють разом.

Гнучке майбутнє

Незважаючи на ці проблеми, Пан залишається оптимістом. «Адитивне виробництво має перевагу в тому, що воно може легко змінювати один матеріал на інший і об’єднувати всі різні матеріали разом в одному відбитку», — сказав він.. «Ми вважаємо, що адитивна техніка має велику перевагу у створенні електроніки».

Після вдосконалення технологію потрібно буде розширити для комерційного виробництва—процес, який за своєю суттю спрощує 3D-друк. Зрештою, команда передбачає не лише низькі пристрої-вартість створення, але також біорозкладна.

«Це має великий потенціал, пов’язаний з людиною-взаємодія комп’ютера», – сказав Пан.

Дослідження опубліковано в Мікромашини (2017, 8(1), 7) під назвою «Матеріали, механіка та методи формування візерунків для еластомеру».-Провідники, що розтягуються на основі".