Революція в електроніці: мікросхеми на папері стають реальністю
Команда науковців з Лабораторії біоелектроніки та мікросхем Університету Бінгемтона представила новаторську розробку, яка може кардинально змінити наше уявлення про електронні компоненти. Вони навчилися створювати повноцінні мікросхеми безпосередньо на звичайному пергаментному папері, використовуючи стандартний вуглекислий лазер. Ця технологія відкриває двері до створення надзвичайно дешевої та екологічної електроніки.
Секрет у лазері та силіконі
Ключовим елементом розробки є пергаментний папір, особливістю якого є тонке водовідштовхувальне силіконове покриття. Саме з ним працюють вчені. За допомогою лазера вони вибірково видаляють це покриття, створюючи мікроскопічні канали. Коли ці канали заповнюються спеціальним чорнилом на водній основі, формуються необхідні електронні компоненти: резистори, конденсатори, міжз’єднання та навіть аналогові схеми. Професор Сокхеун Чой, керівник проєкту, пояснює: “У місцях, куди влучає лазер, папір стає сприйнятливим до наших функціональних чорнил. В інших ділянках силіконове покриття діє як природний ізолятор, що є критично важливим для роботи схеми”.
Десятиліття пошуків: шлях до “паперової електроніки”
Ця розробка є результатом понад десятирічних досліджень професора Чоя та його команди. Сам професор Чой називає цю галузь “паперовою електронікою” і від початку своєї роботи в Університеті Бінгемтона прагнув з’ясувати, чи може папір стати гідною альтернативою традиційним матеріалам, таким як кремній та пластик, особливо для одноразових електронних пристроїв. Історія цієї галузі починається ще у 2015 році зі створення першої паперової біобатареї. Це був складаний пристрій розміром з сірникову коробку, здатний генерувати електрику за допомогою бактерій. З часом команда розробляла все більш складні та незвичайні пристрої: від батарей у формі сюрікенів до біобатарей, що активуються слиною, носимих пристроїв для збору енергії з поту, та навіть біобатарей у капсулах, призначених для роботи в кишківнику людини. Також були створені паперові біосенсори для експрес-діагностики, виявлення чутливості до антибіотиків та моніторингу довкілля. “Моя давня мета – створити на папері повноцінну, автономну, одноразову електронну систему. Ми почали з джерела живлення – біобатареї, потім перейшли до сенсорів. Але бракувало ключової ланки – самої схеми: резисторів, конденсаторів та міжз’єднань, які б усе це зв’язувало”, – розповідає професор Чой.
Вирішення проблеми масштабування
Попередні спроби інтеграції компонентів, зокрема у 2024 році, коли була представлена перша повністю інтегрована паперова друкована плата з регульованими резисторами, конденсаторами та транзисторами, стикалися з обмеженнями. Використання воскових трафаретів для керування нанесенням чорнила, хоч і дозволяло створювати компоненти, але віск мав тенденцію розмиватися та розтікатися під час нагрівання. Це обмежувало розмір елементів приблизно до 1 мм, що унеможливлювало створення компактних та щільно упакованих електронних конструкцій, які б мали практичне застосування. Нова лазерна технологія, описана вище, дозволяє подолати ці обмеження, забезпечуючи необхідну точність та можливість мініатюризації.
Думка UA Новини: Ця технологія може стати справжнім проривом, пропонуючи надзвичайно низьку собівартість виробництва електроніки та зменшуючи екологічний слід. Це відкриває нові перспективи для розробки розумних упаковок, діагностичних тестів та носимих пристроїв, які будуть доступні широкому колу користувачів.
За матеріалами: itc.ua