Современные электронные компоненты обладают большим потенциалом в создании новых уникальных продуктов, таких как гибкие дисплеи и многофункциональные сенсорные системы. Основным стимулом перехода от классической кремниевой электроники к гибким полимерным носителям является снижение производственных затрат, уменьшение веса и толщины изделий, а также реализация новых и необычных свойств, таких как прозрачность или деформируемость.
В этом новом развивающемся рынке печатной электроники можно выделить следующие основные направления:
- Дисплеи (экраны, вывески, "умные" обои).
- Логические элементы, память, датчики и передатчики (транзисторы, диоды, элементы памяти, RF антенны).
- Источники энергии (солнечные элементы, электрохимические батареи, супер конденсаторы).
- Интегрированные системы (носимые устройства и электронная кожа).
Ожидается, что к 2025 году рынок печатной и потенциально печатной электроники значительно вырастет и достигнет нескольких десятков миллиардов долларов.
В последние несколько лет наибольший рост наблюдался в трех секторах:
- Электропроводящие чернила (печатные платы и гибкие проводники).
- Датчики (температурные датчики давления, влажности и биохимические датчики).
- Органические светодиодные дисплеи (OLED).
Направлениями развития являются также гибкие и печатные тонкопленочные транзисторы, энергонезависимая память и органическая фото гальваника.
Внедряясь в технологии этой концепции можно открыть фантастические возможности для нового поколения устройств, связанных со здравоохранением, безопасностью и необычными форматами общения. Новые материалы могут предложить возможности для самоочистки поверхности и само заживления в случае механического повреждения. Встроенные солнечные элементы позволяют работать без зарядки, поскольку батареи становятся более тонкими и емкими, а встроенные датчики откроют новые потоки информации о мире.
Поскольку современные технологии производства компонентов требуют больших начальных инвестиций, которые зачастую недоступны для многих компаний, ведется постоянный поиск более простых и дешевых способов. Наиболее перспективным подходом к решению проблемы производства гибких элементов являются печатные технологии, доступные по цене раствора обрабатываемые и аддитивные методы, включая непрерывные процессы (так называемые R2R), позволяющие использовать в качестве основы тонкие пластиковые пленки и резино подобные материалы.
Существуют следующие классические методы печати: трафаретная (шелковая) печать, глубокая печать, офсетная печать и набирающие популярность в последние годы, цифровые методы прямого письма, такие как струйная и аэрозольная струйная печать.
Эти технологии позволяют получить функциональные структуры с минимальным размером 10-30 мкм и представляются весьма перспективными для массового производства печатных электронных компонентов. Среди методов нанесения покрытий, связанных с печатной электроникой, можно выделить спиновое, погружное, слот диапазонное и распыляемое покрытие.
Благодаря своей способности к механической деформации и необычной функциональности, появляются новые возможности, что является хорошим стимулом для развития печатной электронной промышленности в целом. Учёными обсуждаются основные наиболее популярные сенсорные устройства для измерения деформации, давления, температуры и влажности; тактильные датчики; биохимические датчики; фотоприемники; датчики безопасности и другие.
По сравнению с обычными твердотельными устройствами, такими как микро электромеханические системы (МЭМС), эти датчики намного тоньше, легче и дешевле в производстве, а также проще в переработке.
Кроме того, они имеют большую площадь поверхности и могут принимать любую форму за счет деформируемого основания. Интеграция датчиков с печатными RFID-метками позволяют считывать информацию на расстоянии. Уникальная возможность для доступного удаленного мониторинга состояния здоровья, создания "умной" упаковки, уникальных игрушек, умной одежды и многого другого.
Датчики, измеряющие механическое давление на поверхность и различные типы деформаций, такие как изгиб, скручивание и растяжение, являются важными компонентами любого гибкого интеллектуального устройства, поскольку они отвечают за контроль степени деформации. Гибкие и печатные сенсорные элементы будут использоваться для создания медицинских датчиков, которые могут отслеживать движение тела, частоту сердечных сокращений или процесс дыхания.
В последнее время большой интерес вызывают исследования, связанные с созданием искусственного аналога кожи, так называемой электронной кожи, которая может заменить многие функции кожи человека, в том числе тактильное восприятие. Использование гибких датчиков деформации по-прежнему актуально в строительстве и других отраслях промышленности.
