Інженери з Університету Райса зробили значний прорив у галузі друкованої електроніки, розв’язавши давню проблему: як надійно закріпити провідні чорнила одразу після друку, не пошкодивши при цьому тендітну основу.
Їхнє революційне рішення, представлене у виданні Science Advances, передбачає використання спеціального пристрою, який фокусує мікрохвильову енергію на ділянці розміром менше 200 мікрометрів. Це дозволяє нагрівати виключно новостворений матеріал до температури понад 160°C, залишаючи все навколишнє середовище практично холодним.
Meta-NFS: Нова Ера Друкованої Електроніки
Новий пристрій отримав назву Meta-NFS, що є абревіатурою від “metamaterial-inspired near-field electromagnetic structure” (електромагнітна структура ближнього поля, розроблена на основі метаматеріалів). Його можна порівняти зі своєрідною “збільшувальною лінзою” для мікрохвиль.
Принцип Роботи та Переваги
Пристрій поєднує резонатор із розщепленим кільцем, який збирає та посилює електромагнітну енергію, із загостреним наконечником. Цей наконечник концентрує енергію до надзвичайно малої зони. “Можливість вибірково нагрівати надруковані матеріали дає нам змогу програмно визначати функціональні властивості чорнила в просторі, навіть коли воно знаходиться на термочутливій основі”, — коментує Йон Лін Кон, провідний автор дослідження та доцент кафедри машинобудування в Університеті Райса.
Подолання Технологічного Бар’єру
Досі друкована електроніка стикалася з обмеженнями, спричиненими традиційним процесом спікання. Цей процес, який передбачає з’єднання провідних наночастинок за допомогою тепла для забезпечення електропровідності, нагрівав матеріал ззовні всередину. Хоча це працювало для кераміки чи металевих порошків у контрольованих умовах, воно було руйнівним для таких делікатних субстратів, як живі рослинні тканини або хірургічні імплантати.
Лазерне спікання, хоч і забезпечувало певну точність, було обмежене матеріалами, що поглинають світло певної довжини хвилі, виключаючи більшість біомедичних матеріалів. Meta-NFS долає ці обмеження, нагріваючи матеріал зсередини.
Ефективність та Універсальність
Звичайні мікрохвильові аплікатори передають лише близько 8,5% своєї потужності в цільовий матеріал. Натомість Meta-NFS досягає вражаючого показника у 79,5% ефективності. Це стало можливим завдяки використанню графену, який поглинає до 50% мікрохвильової енергії, тоді як підкладка майже не нагрівається.
Крім того, завдяки динамічному регулюванню мікрохвильової потужності, розробники можуть змінювати кристалічну структуру наночастинок “на льоту”. Це дозволяє програмувати різні електричні та механічні властивості в межах одного процесу друку, без необхідності заміни матеріалів. Наприклад, електричний опір чорнила зі срібних наночастинок можна зменшити більш ніж у тисячу разів, наближаючи його до провідності чистого срібла.
Потенційні Застосування
“Це відкриває шлях до інтеграції електроніки вільної форми на широкий спектр субстратів, включно з біополімерами та живими біологічними тканинами, використовуючи лише настільний принтер і уникаючи складних установок чи ручних процесів”, — додає Кон.
Для демонстрації дослідники успішно надрукували провідні мікроструктури на живому листі рослини, пластику, силіконі, папері та, що найцікавіше, безпосередньо на бичачій стегновій кістці. На кістці було створено бездротовий датчик деформації, здатний виявляти мінімальні зміни та передавати дані без дротів.
Думка UA Новини: Цей винахід відкриває нові горизонти для біоінтегрованої електроніки та персоналізованої медицини, дозволяючи створювати складні електронні компоненти безпосередньо на біологічних поверхнях. Подальший розвиток цієї технології може призвести до появи “розумних” імплантатів та носимих пристроїв нового покоління.
Інформація підготовлена на основі матеріалів: itc.ua