31,9 тыс подписчиков
Российские учёные разработали новую технологию гибкой электроники
Специалисты из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета разработали метод создания проводящих узоров на поверхностях разных пластичных полимеров.
Гибкая электроника — современная технология создания электронных схем на гибких подложках из разных материалов, в первую очередь полимерных. Уже сейчас она применяется для различных переносных устройств, а в будущем может стать основной технологией для всей электроники.
Сфера применения у этой технологии широчайшая. Например, она позволяет делать гибкие дисплеи, встраивать электронные элементы в одежду, в виде тонкой плёнки наносить их прямо на кожу, что может быть особенно полезно в медицине и спорте. Так, в современной медицине используются имплантаты, заменяющие функции различных тканей и органов в организме человека, — например, костные имплантаты, скаффолды, кардиостимуляторы и даже сердце целиком. В настоящее время с использованием имплантатов становится доступным передвижение людей с ограниченными возможностями, а человек с атеросклерозом может дольше жить за счёт стентирования. В последние несколько десятилетий, с развитием микроэлектроники, разрабатываются и создаются активные имплантируемые медицинские приборы. При этом во многих случаях для лучшей адаптации электроника должна быть гибкой и биосовместимой. Над этой проблемой работают многие современные учёные.
Главная проблема массового применения технологии состоит в сложности изготовления механически устойчивых, одновременно пластичных и в то же время недорогих материалов. Удешевить производство гибких электронных изделий может использование печатных, растворных и фотолитографических методов. При этом каждая полимерная подложка требует тщательной оптимизации технологии.
Учёные из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета совместно с зарубежными коллегами разработали универсальную технологию обработки любых термопластичных полимеров для создания гибких электронных элементов. Они предложили вводить в полимеры частицы восстановленного оксида графена (двухмерной модификации углерода) с помощью лазерного излучения. Это позволит повысить электропроводность деталей.
«Для создания проводящих полимеров мы использовали восемь различных пластиков, включая полиэтилентерефталат, нейлон и поливинилиденфторид. Большинство из них используется для печати на 3D-принтерах, поэтому появляется возможность создавать элементы гибкой электроники на устройствах даже сложной формы с использованием нашей технологии проще и гораздо дешевле, чем существующие, а в использовании они будут надёжнее», — сообщила профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.
Кроме того, большие возможности в этой технологии открывает термоформование — изменение формы устройства уже после изготовления проводящего слоя. На примере проводящего браслета для «умных часов» учёные продемонстрировали введение лазером проводящих частиц на основе графена в полимерную структуру с её последующим термоформованием.
«Мы подобрали параметры лазера под каждый полимер и показали, что фазовые переходы и температуры деструкции полимеров определяют успешность подхода, — подчёркивает Евгения Шеремет. — Точный подбор характеристик излучения важен не только для сохранения целостности и консистенции материала-основы, но и для того, чтобы оксид графена перешёл в восстановленную форму. В случае успеха мы в строго заданном месте получаем материал для гибкой электроники, который не только проводит ток, но и имеет хорошую механическую стабильность».
3 минуты
18 декабря 2023