"Beschreibbare" Schaltungen ließen die Wissenschaftler ziehen Elektronik ins Dasein
Wissenschaftler haben eine Möglichkeit, weiche, flexibele und dehnbare elektronische Schaltungen zu produzieren und radio-Antennen mit der hand, einfach durch das Schreiben auf speziell entwickelten Material entwickelt.
Diese Technik elektronische Geräte ins Dasein auf Nachfrage für kundenspezifische Geräte zeichnen Menschen helfen könnte, sagte Forscher in einer neuen Studie, die die Methode beschreiben.
Während konventionelle Elektronik steif sind, sind neue weiche Elektronik flexibel und potenziell dehnbar und faltbar. Weiche Elektronik für Anwendungen wie tragbar und implantierbaren Geräten untersuchen die Forscher auf der ganzen Welt. [5 verrückte Technologien, die Biotechnologie revolutioniert werden]
Die neue Technik-Forscher entwickelt schafft Schaltungen durch Verschmelzung oder Sintern zusammen Metalstücke Form elektrisch leitfähige Drähte. Aber das neu entwickelte Verfahren verwendet keine Hitze, wie oft der Fall mit Sintern. Diese Methode beinhaltet stattdessen weiche Laken aus Silikon-Kautschuk hergestellt, die vielen winzige Tröpfchen aus flüssigem Metall eingebettet in ihnen haben. Herunterdrücken auf diesen Blättern verwenden, zum Beispiel eine Stiftspitze Brüche die Kapseln, ähnlich wie popping Miniatur Wasserballons, und das flüssige Metall im Inneren kann zur Schaltung Formularelemente bündeln.
"Wir leitfähige Linien von hand einfach durch das Schreiben, können", sagte Studie Co-Autor Senior Michael Dickey, Chemie-Ingenieur an der North Carolina State University in Raleigh.
Die Forscher verwendeten eine Metall bekannt als eutektische Gallium Indium (EGaIn), einer stark elektrisch leitfähigen Legierung, die bei etwa 60 Grad Celsius (15,5 Grad Celsius) flüssig ist. Sie eingebettet Tröpfchen EGaIn, die nur etwa 100 Nanometer oder Milliardstel Meter, Breite in Blätter waren die eine Art von Silikon-Kautschuk, bekannt als PDMS.
Beim Vergleich dieser Tröpfchen Pool zusammen, ihre elektrische Leitfähigkeit steigt etwa verzehnfacht wenn sie getrennt, sind die Forscher sagten. Um zu verstehen warum stellen Sie vor, einen Flur mit Wasserballons bedeckt.
"Wenn Sie einen Fußboden mit Wasserballons versehen, Sie keinen leitfähigen Pfad zwischen Ballons machen könnte," sagte Dickey Leben Wissenschaft. Jedoch, wenn die Ballons tauchte bekommen, sie zusammenführen, um einen kontinuierlichen elektrisch leitfähigen Pfad zu bilden, erklärte er.
Diese mechanisch gesinterten Metall Wege könnten auch als Radio-Antennen dienen. Forscher konnten welche Frequenzen stimmen diese Antennen abholen, indem Sie einfach die Länge der Bahnen.
"Eine Antenne auf die Fliege einfach mit einem Filzstift erstellt werden kann," sagte Dickey.
Normalen Platinen bestehen aus Schaltungen elektrisch leitfähige Folie auf steifen elektrisch isolierende Platten kaschiert. Die Herstellung von solchen Platinen erfordert mehrere Schritte, und die Schaltungen müssen vor Gebrauch ausgelegt. Im Gegensatz dazu sagte diese neue weiche Leiterplatten einfach durch das Schreiben darauf erstellt werden können, was, dass die Schaltungen auf Anfrage gebaut werden können bedeutet, der Forscher.
"Wir leben in einer Welt mit vielen weichen Materialien – unsere Körper, Kleidung," sagte Dickey. "Die meiste Elektronik werden aus starren Materialien hergestellt und sind daher mechanisch inkompatibel mit unseren"weiche Welt." Starre Elektronik tendenziell auch katastrophal Scheitern beim verformen – ich habe viele gebrochene Handys als Vorbild gesehen. Die Platinen, die wir gemacht sind weich und verformbar."
Die weiche Leiterplatten können leicht geschnitten werden in gewünschten Formen, die Forscher sagten, und es ist auch möglich, starre Teile wie Lampen, schließen einfach durch Einfügen in die Blätter. Zum Beispiel mit dieser neuen Technik erstellt Forscher Weihnachtsbäume, die beleuchtet werden konnten.
Ein Nachteil dieses Ansatzes ist, dass Tröpfchen versehentlich Sintern können, wenn sie übermäßige Belastungen ausgesetzt sind. Die Forscher entdeckten, dass eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin einen klaren Klebstoff auf die Blätter putzen. Der Kleber trocknet und bildet eine starre Schutzschicht, die verhindern könnten unerwünschte Sintern, nachdem die Schaltungen geschrieben sind, sagte der Wissenschaftler.
Eine weitere Einschränkung dieses Ansatzes ist, dass die Drähte nur so dünn wie der Stift verwendet sind, um sie zu erstellen und somit nirgends so schmal wie die Drähte im traditionellen Mikrochips sind. Die Wissenschaftler festgestellt, dass kommerzielle Desktop-Laser, komplexere Muster führen könnte, obwohl dies die Fertigung komplizierter macht. Eine andere Möglichkeit, gerade, dünne Kanäle bilden beinhaltet Einbettung der Tröpfchen in geordneten Muster innerhalb der Silikon-Kautschuk, wie z. B. in mikroskopisch kleinen Reihen.
Allerdings, "viele Fortschritte nach wie vor notwendig, um dies wirtschaftlich rentabel zu machen," sagte Dickey. "Dies ist eine einfache Demonstration zur Veranschaulichung des Konzepts der weiche Schaltungen."
Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert online am 16. November in der Zeitschrift klein.
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