На струйном принтере напечатали гибкие графеновые транзисторы
Исследователи из Великобритании, Китая и Италии разработали чернила для печати гибких транзисторов и других полупроводниковых приборов на промышленных струйных принтерах при комнатной температуре и давлении. Ученые считают, что за счет того, что такими чернилами можно печатать на разных подложках, в том числе и тканях, технологию можно использовать для создания носимой электроники. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Практически все производимые сегодня носимые устройства, хотя и имеют гибкие элементы, основаны на жесткой электронике. Но ученые занимаются разработкой технологий, которые позволят создавать полностью гибкие, и за счет этого более удобные устройства. Одной из самых сложных задач в этом направлении является создание гибких полупроводниковых компонентов, на которых основана вся современнная электроника.
Ученые разработали технологию, которая позволяет создавать элементы, основанные на гибких гетеропереходах с использованием уже существующего оборудования. Для этого они разработали специальный состав чернил для промышленных струйных принтеров. Они состоят из хлопьев из графена и гексагонального нитрида бора толщиной в 15 и 24 слоя соответственно. Средний размер хлопьев составляет примерно 120 нанометров для графена и 500 для нитрида бора.
Исследователи напечатали с помощью таких чернил и промышленного струйного принтера несколько базовых полупроводниковых приборов. К примеру, они создали полевой тразистор, в котором электроды были напечатаны из серебра, канал графеновыми чернилами, а отделяющий затвор диэлектрик чернилами из нитрида бора. Также они создали полевой транзистор с электродами из проводящего полимера PEDOT:PSS, инвертор, позволяющий преобразовывать переменный ток в постоянный, а также ячейку энергозависимой памяти.
Одно из важных свойств представленной технологии заключается в том, что исследователи показали возможность печатать таким образом не только на жестких подложках, но и на гибких полимерах и даже ткани, на которую для этого необходимо нанести небольшой слой полимера. Ученые заявляют, что такие устройства выдерживают растяжение до 4 процентов, а также 20 погружений в деионизированную воду.
Недавно другая группа ученых разработала технологию создания гибких модулей памяти на разных подложках, к примеру, полимерах или даже бумаге.
Григорий Копиев
При каждом нажатии он меняет структуру, не забывая о предыдущих изменениях
Физики создали механический метаматериал с эффектом памяти, который можно использовать как примитивный счетчик до десяти. Этот материал представляет собой массив из десяти деформируемых ячеек, каждая из которых может находиться в одном из двух состояний, меняющихся при нажатии. При этом предыдущих изменений материал не забывает. В будущем счетчики с подобной конструкцией могут оказаться полезными для мягкой робототехники и умных сенсоров, пишут ученые в Physical Review Letters. Свойства метаматериалов определяются в первую очередь не химическим строением, а геометрической микроструктурой (например, расположением слоев различных веществ или периодичностью атомной решетки) и для них характерны аномальные значения различных физических параметров. Например, если растягивать в продольном направлении ауксетики, обладающие отрицательным значения коэффициента Пуассона, то в перпендикулярном направлении они расширяются (в то время как обычные материалы сжимаются). Ученые работают и над метаматериалами, обладающими памятью: они запоминают воздействие и реагируют на него сменой физических свойств. Например, если нагреть полимер с памятью формы, он вернет исходную (до деформации) форму. Однако такие материалы запоминают лишь начальное состояние, запомнить несколько последовательно меняющихся состояний им не под силу. Физики Мартин ван Хеке (Martin van Hecke) и Леннард Квакернак (Lennard Kwakernaak) из Лейденского университета разработали метаматериал, у которого память о предыдущих деформациях не сбрасывается. Храня информацию о предыдущих воздействиях, такой материал фактически способен считать: он запоминает каждое нажатие, последовательно меняя свою структуру. Ученые сделали материал на 3D-принтере из стоматологической силиконовой смеси для слепков. Он состоит из отдельных ячеек, каждая из которых включает в себя две балки: одну тонкую и одну толстую. Тонкая балка может изгибаться либо влево, либо вправо. Толстая балка служит перегородкой, отделяя ячейки материала друг от друга. Значение критической деформации для толстой и тонкой балок различны, поэтому одного нажатия достаточно для сгибания тонкой балки и частичной деформации толстой. Наличие толстой балки также не дает деформироваться тонкой балке в соседней ячейке. Материал считает следующим образом. В начальном состоянии {000...0} все тонкие балки изогнуты влево. При каждом изменении направления изгиба тонкой балки 0 меняется на 1. Превышая первым нажатием критическую деформацию тонкой балки, систему выводят в состояние {100...0}. После каждого следующего нажатия крайняя слева балка изгибается в правую сторону. Толстая балка при этом не деформируется, но за счет конструкции сгибает следующую тонкую. То есть система копирует состояние изогнутой вправо тонкой балки (1) с каждым нажатием на одну ячейку правее. В терминах нулей и единиц, подсчет можно записать как {000...0} → {100...0} → {110...0}→··· → {111...1}. До скольки может досчитать материал, зависит от числа ячеек и начального состояния системы, память метаматериала сохраняется до конца подсчета. По словам авторов работы, такой метаматериал с эффектом памяти фактически представляет собой простейший компьютер, который можно запрограммировать на счет с любого начального числа. Его работу ученые проверили, фиксируя значения критических деформаций и начиная счет с различных начальных чисел. Материаловеды отмечают, что такой счетчик из метаматериала можно изготовить и из других веществ, например каучука или полиуретана. В будущем из аналогичных ячеек ученые планируют собирать и двумерные массивы, на которых можно будет проводить более сложные вычислительные операции Метаматериалы хороши не только в счете: они помогают решать уравнения со скоростью света, а еще их можно превратить в непрерывные кристаллы времени.