Гибкую электронику напечатали расплавленным металлом

Y. Han and J. Dong/ Advanced Materials Technology, 2017

Американские ученые разработали новую методику получения гибких электронных устройств с разрешением менее 50 микрон, основанную на электрогидродинамической печати расплавленным металлом. Полученные устройства не повреждаются при многократном изгибе или растяжении, а также могут восстанавливать свою структуру при повреждениях, сообщают ученые в Advanced Materials Technology.

Разработка дешевых методик, которые позволяют получать с высоким разрешением проводящие элементы на гибких и растягиваемых подложках, — одна из актуальных задач современных технологий носимых электронных устройств. Несмотря на то, что различных способов для получения гибких проводящих элементов предложено на данный момент не так мало, необходимые для их реализации затраты пока не позволяют использовать такие подходы на практике и в промышленных масштабах. Поэтому основные усилия инженеров направлены на разработку относительно дешевых методов получения гибких электрических схем высокого разрешения.

Ивэй Хань (Yiwei Han) и and Цзинъянь Дун (Jingyan Dong) из Университета штата Северная Каролина предложили использовать для этих целей метод электрогидродинамической печати. При этом в качестве чернил для печати ученые взяли металлические сплавы с температурой плавления ниже 60 градусов. В частности, авторы использовали металл Филда (из висмута, индия и олова), сплав Вуда (из висмута, свинца, олова и кадмия) и припой (из олова, свинца и висмута). Технологию печати авторы работы отработали для четырех различных материалов подложки: стекла, бумаги и двух гибких полимеров: полидиметилсилоксана (силикона) и полиэтилентерефталата — соединений, которые сейчас чаще всего используются для создания прототипов гибких электронных устройств.

В результате такого метода удалось получить несколько видов двумерных узоров из проводящего материала с разрешением менее 50 микрон. В частности, были получены проводящие элементы в форме нескольких видов спиралей, кленового листа, петлеобразных линий и тестовых конфигураций микросхем. Работу всех полученных конфигураций ученые проверили, запитав с помощью них небольшой фотодиод.

Механическую устойчивость полученных устройств химики проверили с помощью измерений проводимости после многократных циклов сгибания-разгибания устройств и при их растяжении. Оказалось, что устройства спокойно выдерживают без потери эффективности более тысячи циклов сгибания, а растягивать некоторые из них можно на 70 процентов.

Еще одно очень важное преимущество гибких электронных устройств, полученных по предложенной технологии, — возможность залечивать механические повреждения. Из-за того, что проводящие элементы сделаны из сплавов с низкой температурой плавления, с мощью небольшого нагрева (примерно до 70 градусов Цельсия) поврежденные участки цепи можно восстановить, так что они приобретают начальную форму.

Для того, чтобы показать возможность применения такой технологии для реальных устройств, авторы работы напечатали небольшой сенсор размером в один квадратный сантиметр, представляющий собой сетку из 400 пикселей, с помощью которого можно с высокой точностью определять место касания.

По словам исследователей, основное преимущество данной методики состоит в возможности сразу напечатать нужную проводящую цепь без использования специальных масок, травления или твердых шаблонов для печати, которые обычно нужны в различных методах литографии. Исследователи надеются, что в ближайшем будущем им удастся при сотрудничестве с компаниями, производящими электронные устройства, использовать полученную технологию для промышленного производства носимых электронных устройств.

Для того, чтобы полностью напечатать гибкое электронное устройство, используют, например, 3D-печать. С помощью такого подхода из упругих полимеров удается напечатать гибкие датчики давления или растяжения. Некоторые из них можно печатать непосредственно на коже.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.