Новые электронные чернила позволяют печатать твердые или мягкие микросхемы
Новые электронные чернила позволяют печатать твердые или мягкие микросхемы

Новые электронные чернила позволяют печатать твердые или мягкие микросхемы

Исследователи из Школы электротехники KAIST и Сеульского национального университета в Южной Корее разработали электронные чернила для печати микросхем переменной жесткости при комнатной температуре.

Электроника с переменной жесткостью является перспективным направлением, что позволит устройствам переходить от жесткого состояния к мягкому. Наиболее подходящим материалом для этого является галлий, который относительно легко переходит из жесткого в жидкое состояние. Однако этот металл имеет высокое поверхностное натяжение, низкую вязкость и нежелательные фазовые переходы.

Группа под руководством профессора Чжэ-Ун Чонга из Школы электротехники KAIST, профессора Сонджуна Пака, специализирующегося в области цифрового здравоохранения Сеульского национального университета, и профессора Стива Пака с кафедры материаловедения и инженерии KAIST решила устранить ограничения по использованию галлия в производстве электроники с переменной жесткостью. 

Они разработали электронные чернила, позволяющие печатать схемы с переменной жесткостью при комнатной температуре. Отмечается, что эти чернила сочетают электропроводность и необходимую вязкость, что позволяет печатать сложные многослойные микросхемы с высоким разрешением, которые можно сравнить с коммерческими печатными платами.

Эти схемы могут динамически изменять жесткость в зависимости от температуры. В отличие от традиционной электроники, которая преимущественно имеет один четко определенный форм-фактор, либо жесткие, долговечные устройства, либо мягкие, которые удобно носить на себе, устройства с переменной жесткостью позволят адаптировать ее в зависимости от потребностей.

Нове електронне чорнило дозволяє друкувати тверді або м’які мікросхеми
Science Advances

Температура плавления галлия составляет 29,8 °C. В твердом состоянии галлий имеет высокую жесткость, а в жидкой форме — мягкий и текучий. Ученые разработали процесс печати с использованием жидкометаллических чернил с контролем уровня pH. Растворяя микроскопические частицы галлия в гидрофильной полиуретановой матрице с использованием нейтрального растворителя —диметилсульфоксида, исследователи получили стабильные высоковязкие чернила для высококачественной печати. 

При нагреве после печати диметилсульфоксид разлагается, образуя кислотную среду, которая удаляет оксидный слой с частиц галлия. За счет этого частицы галлия получают возможность объединяться в электропроводящие сети с возможностью настройки механических свойств. 

Размеры элементов печатных микросхем не превышают 50 мкм. Они имеют высокую проводимость на уровне 2,27 × 10⁶ См/м и коэффициент модуляции жесткости до 1465. Это позволяет материалу переходить от жесткости, близкой к пластику, к мягкому состоянию, близкому к резине. Кроме того, чернила совместимы с традиционными методами печати, такими как трафаретная печать и нанесение покрытия погружением.

Нове електронне чорнило дозволяє друкувати тверді або м’які мікросхеми
Science Advances

Ученые продемонстрировали возможности технологии, создав многофункциональное устройство, которое в обычных условиях работает как жесткий портативный гаджет, однако в случае крепления к телу превращается в мягкое медицинское устройство. Они также создали нейронный зонд, который остается жестким во время хирургической установки для точного позиционирования, но размягчается, попадая в мозговую ткань, чтобы уменьшить воспаление. 

«Главное достижение этого исследования заключается в преодолении давних проблем печати жидким металлом с помощью нашей инновационной технологии. Управляя кислотностью чернил, мы смогли электрически и механически соединить напечатанные частицы галлия, что позволило производить при комнатной температуре схемы большой площади с высоким разрешением и регулируемой жесткостью. Это открывает новые возможности для будущей персональной электроники, медицинских устройств и робототехники», — отмечает профессор Чжэ-Ун Чонг.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances

Источник: TechXplore

Источник материала
loader
loader