ROLA, Mo. — Các linh kiện điện tử có thể kéo dài, xoắn hoặc kéo dài—được gọi là thiết bị điện tử "có thể kéo dãn"—có thể sớm cung cấpnăng lượng cho mọi thứ từ thiết bị đeo y tế đến-hệ thống xe. Và cácnhànghiên cứu tại Đại học Khoa học và Côngnghệ Missouri đang đi tiên phong trong phương pháp sản xuất mà cuối cùng có thể đưa côngnghệnày trở thành xu hướng phổ biến..

Viết trong ấn bản tháng 1năm 2017 của tạp chí Máy vi mô, Missouri S&Nhómnghiên cứu T, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Heng Pan, trợ lý giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, đã đánh giá hiện trạng của thiết bị điện tử có thể co giãn và đề xuất giải pháp cho một trongnhững thách thức dai dẳngnhất của lĩnh vựcnày: sự không phù hợp cơ bản giữa bề mặt linh hoạt và dây dẫn điện tử cứng.

cứngnhắc-Thử thách linh hoạt

Trọng tâm của thiết bị điện tử có thể co dãn là chấtnền—điển hình là một chất đàn hồi, một loại polymer có độ đàn hồi cao, có thể uốn cong, kéo căng, oằn và xoắnnhiều lần mà ít ảnh hưởng đến hiệu suất củanó. Tuynhiên, các dây dẫn điện tử phải được gắn trên hoặcnhúng vào bề mặt linh hoạtnày thường giòn và cứng..

Nhómnghiên cứu viết: “Các thiết kế độc đáo và cơ chế kéo giãn đã được đề xuất để hài hòanhững điểm không phù hợp và tích hợp các vật liệu có đặc tính khácnhau thành một hệ thống duynhất”.

In khí dung trực tiếp: Một cách tiếp cận mới

Để vượt qua sự cứngnhắcnày-rào cản linh hoạt, Pan và các đồngnghiệp của ông đã chuyển sang sản xuất bồi đắp—một quá trình xây dựng ba-các vật thể có chiều theo từng lớp, tương tựnhư in 3Dnhưng sử dụng kim loại, gốm sứ hoặc các vật liệu chứcnăng khác.

Tại Missouri S&T, họ đang thửnghiệm một phương pháp cụ thể mà Pan gọi là "in phun trực tiếp". Quá trìnhnày bao gồm việc phun vật liệu dẫn điện và tích hợpnó với chấtnền có thể co giãn..

Cácnhànghiên cứu giải thích: “Với sự phát triển của sản xuất bồi đắp, kỹ thuật viết trực tiếp đang xuất hiệnnhư một giải pháp thay thế cho các phương pháp tạo mẫu trừ truyền thống”.. Các phương pháp trừ truyền thống bao gồm quang khắc, thường được sử dụng để sản xuất chất bán dẫn.

Pan vànhóm của ông tin rằng sản xuất bồi đắp mang lại một con đường tiết kiệm hơn để tạo ranhững thiết bị mớinày. Họ viết: “In trực tiếp,như một phương pháp sản xuất bồi đắp, sẽ đáp ứng các yêu cầu đó và mang lại chi phí thấp cũngnhư tốc độ cao trong cảnguyên mẫu và sản xuất”. “Nó có thể là một giải pháp cho chi phí-chế tạo hiệu quả và có thể mở rộng các thiết bị điện tử có thể co giãn".

Mộtnguyên mẫu dính

Nhómnghiên cứu đã tạo ra mộtnguyên mẫu hoạt động của một thiết bị điện tử có thể co dãn và có thể bám vào mặt.. Pannói: “Lợi ích lớnnhất củanhững thiết bị điện tửnày là chúng hoàn toàn có thể đeo được và chúng hoàn toàn có thể hình thành theo bất kỳ loại chuyển độngnào”. R&Tạp chí D. "Ví dụ: chúng có thể được gắn trên khuôn mặt và có thể phát hiện bất kỳ chuyển độngnhỏnào từ khuôn mặt của bạn".

Các ứng dụng tiềmnăng còn vượt xa cảm biến khuôn mặt. Những dây dẫn có thể co giãnnày mộtngàynào đó có thể thay thế các bảng mạch cứng, giòn cung cấpnăng lượng cho các thiết bị điện tửngàynay. Chúng có thể được sử dụng làm cảm biến đeo được trên da để theo dõinhịp tim hoặc hoạt động củanão, làm cảm biến gắn trong quần áo hoặc thậm chí là tấm pin mặt trời mỏng có thể dán trên bề mặt cong..

Pannói: “Chúng tôi thấy rấtnhiều lợi ích. Chúng tôinghĩ rằng đây có thể là tương lai của sự phát triển điện tử”..

Những thách thức phía trước

Bất chấp lời hứa, vẫn cònnhững trởngại đáng kể trước khi các thiết bị điện tử có thể co giãn được áp dụng rộng rãi. Tất cả các vật liệu cần thiết cho mỗi thiết bị phải có thể in được, đòi hỏi phải phát triển các loại mực và vật liệu có thể in được với đầy đủ các đặc tính cần thiết cho từng chứcnăng điện tử..

Pan lưu ý: “Cũng cónhững thách thức về tích hợp, chẳng hạnnhư yêu cầu vềnhiệt độ khácnhau giữa các vật liệu khácnhau”.. Một trongnhững trọng tâm lớnnhất hiện tại củanhóm là phát triển một phương pháp hiệu quả và lâu dài.-pin có thể kéo dài lâu dài. Pan cho biết: “Thiết bịnăng lượng là một thành phần rất quan trọng để điềunày trở thành hiện thực”. "Chúng tôi đang làm việc tích cực về pin".

Cácnhànghiên cứu cũngnhấn mạnh sự cần thiết phải đảm bảo rằng các thiết bị điện tử có thể co giãn và các bề mặt dẻo mà chúng được chế tạo sẽ hoạt động tốt và bền lâu cùngnhau..

Một tương lai linh hoạt

Bất chấpnhững thách thứcnày, Pan vẫn lạc quan. Ôngnói: “Sản xuất bồi đắp có lợi ích lànó có thể dễ dàng thay đổi từ vật liệunày sang vật liệu khác và tích hợp tất cả các vật liệu khácnhau lại vớinhau trong một bản in”.. "Chúng tôi tin rằng kỹ thuật bồi đắp có lợi thế rất mạnh trong việc chế tạo thiết bị điện tử".

Sau khi hoàn thiện, côngnghệ sẽ cần được mở rộng quy mô để sản xuất thương mại—một quy trình mà in 3D vốn đã hợp lý hóa. Cuối cùng,nhóm đã hình dung ranhững thiết bị không chỉ có hiệunăng thấp-chi phí để tạo ranhưng cũng có thể phân hủy sinh học.

"Có rấtnhiều tiềmnăng liên quan đến conngười-tương tác máy tính," Pannói.

Nghiên cứu được công bố trên Máy vi mô (2017, 8(1), 7) với tiêu đề "Vật liệu, cơ học và kỹ thuật tạo mẫu cho chất đàn hồi-Dây dẫn có thể kéo dài dựa trên".