Инженеры-электрики из Университета Дьюка разработали полностью печать-на месте техника для электроники, достаточно мягкий, чтобы работать на деликатных поверхностях, включая бумагу и кожу человека. Аванс может позволить такие технологии, как высокая адгезия, встроенные электронные татуировки и бинты навороченного с пациента-специфические биодатчики.
Эти методы описаны в серии статей, опубликованных онлайн 9 июля в журнале наноразмерных и 3 октября в журнале ACS нано.
«Когда люди слышат термин ‘печатная электроника,’ предполагается, что человек загружает субстрат и чертежи электронных схем, в принтер и, какое-то разумное время спустя, удаляет полностью функциональную электронную схему,» сказал Аарон Франклин, Джеймс Л. и Элизабет М. Винсент доцент электрической и компьютерной инженерии в Университете Дьюка.
«За эти годы было множество научных трудов перспективные этих видов полностью печатной электроники, но реальность такова, что в этом процессе участвуют взяв за образец несколько раз, чтобы испечь его, мыть его или спин-пальто материалы на него,» сказал Франклин. «Наше первое где реальность совпадает с общественным восприятием».
Концепция так называемых электронными татуировками были впервые разработаны в конце 2000-х годов в Университете штата Иллинойс Джон А. Роджерс, который сейчас Луи Симпсон и профессор Куэрри Кимберли материаловедения и инженерии Северо-Западного университета. А не настоящая татуировка, которая вводится постоянно в кожу, Роджерс электронные татуировки тонкие, гибкие участки резины, содержащие не менее гибкие электрические компоненты.
Тонкая пленка прилипает к коже подобно временной татуировке, и ранние версии гибкой электроники были сделаны, чтобы содержать сердце и активность мозга мониторы и мышечных стимуляторов. Хотя эти типы устройств находятся на пути к коммерциализации и крупномасштабного производства, есть несколько арен, на которых они не очень хорошо подходят, например, когда нужен прямой модификации поверхности путем добавления пользовательских электроники.
«За прямые или аддитивной печати, чтобы когда-нибудь действительно будет полезным, вы будете нуждаться, чтобы иметь возможность печатать все, что вы печатаете в один шаг», — сказал Франклин. «Некоторые из более экзотических приложения включают тесно связанные электронные татуировки, которые могут быть использованы для биологического маркирования или уникальные механизмы обнаружения, быстрого прототипирования для «на лету» пользовательских электроники, и бумажные диагностики, которые могут быть включены легко в индивидуальные бинты.»
В июле бумаги, лаборатории Франклина и лаборатории Бенджамина Уайли, профессор химии из Университета Дюка разработали новую чернила, содержащие серебряные нанопроволоки, которые могут быть напечатаны на любом субстрате при низких температурах с помощью аэрозольной принтера. Он дает тонкую пленку, которая сохраняет свою проводимость без какой-либо дальнейшей обработки. После печати, чернила высохнут, менее чем за две минуты и сохраняет высокие электрические характеристики даже после прохождения 50 процент деформации изгиба более чем в тысячу раз.
В видео, сопровождающем первый документ, аспирант Ник Уильямс печатает двумя электрически активными ведет вдоль нижней части его мизинец. К концу его пальцем, он соединяет приводит к небольшой светодиод. Затем он подает напряжение в нижней части двух печатных руководств, в результате светодиод гореть даже как он изгибается и перемещает пальцем.
Во втором документе, Франклин и аспирант Шихэном Лу взять проводящие чернила на шаг дальше и объединить его с двумя другими компонентами печати для создания функциональных транзисторов. Принтер отставляет прокладки полупроводниковых углеродных нанотрубок. Как только он подсохнет, и без снятия пластиковой или бумажной подложке из принтера, два серебряных нанопроволок приводит на несколько сантиметров с обеих сторон напечатаны. Непроводящим диэлектрическим слоем двумерного материала, гексагональный нитрид бора, затем печатается поверх исходного полупроводника полосу, а затем окончательный серебро нанопроволоки электрода.
При сегодняшних технологиях, по крайней мере один из этих шагов потребует субстрат должен быть удален для дополнительной обработки, например, химическую ванну, чтобы смыть ненужный материал, закалки, чтобы слои не смешиваются, или испечь для удаления следов органических веществ, которые могут помешать электрические поля.
Но печать-на месте Франклина требует ни один из этих шагов и, несмотря на необходимость для каждого слоя полностью сухим, чтобы избежать смешивания материалов, могут быть завершены в самой низкой общей температуры обработки на данный момент.
«Никто не думал, аэрозольных чернил, особенно для нитрида бора, поставили бы свойства, необходимые, чтобы сделать функциональной электроники без выпекаются в течение как минимум полтора часа», — сказал Франклин. «Но мы не только заставить его работать, мы показали, что выпечка его в течение двух часов после печати не улучшить его работу. Это было так хорошо, как это может сделать ТОЛЬКО используя наш полностью печать-на месте процесс».
Франклин не видит его способ печати замена крупномасштабных производственных процессов для носимой электроники. Но он видит потенциальным значением для приложений, таких как быстрое прототипирование или ситуаций, где один размер не подходит всем.
«Подумать о создании на заказ повязки, которые содержат электроники, таких как биосенсоры, где медсестра может просто дойти до рабочего места и пунш в том, какие функции необходимы для конкретного пациента», — сказал Франклин. «Это типа печатать-на-trebuet возможность, которая могла бы помочь в этом».
Эта работа была поддержана Министерством обороны Конгрессом направлена программа медицинских исследований (W81XWH-17-2-0045), Национальные институты здоровья (1R21HL141028) и Национальный научный фонд (САОР-1542015).
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!