Південнокорейські науковці зі Школи електротехніки KAIST та Сеульського національного університету розробили інноваційне електронне чорнило, яке дає змогу виготовляти мікросхеми зі змінною жорсткістю при кімнатній температурі. Така технологія відкриває нові горизонти для персональної електроніки, медичних пристроїв і робототехніки.
Про це розповідає ProIT
Особливості розробки: галієве чорнило та контроль жорсткості
Основою розробки став галій — метал, який легко переходить із твердого у рідкий стан (температура плавлення 29,8 °C), що ідеально підходить для створення електроніки зі змінною жорсткістю. Проте галій має низку недоліків, зокрема високий поверхневий натяг, низьку в’язкість і небажані фазові переходи.
Щоб подолати ці обмеження, команда під керівництвом професора Чже-Ун Чонга (KAIST), професора Сонджуна Пака (Сеульський національний університет) і професора Стіва Пака (KAIST) створила спеціальне електронне чорнило. В його основі — мікроскопічні частинки галію, розчинені у гідрофільній поліуретановій матриці з нейтральним розчинником диметилсульфоксидом. Це забезпечує стабільну в’язкість і високу електропровідність чорнила, що дозволяє друкувати багатошарові схеми з роздільною здатністю, порівнянною з комерційними друкованими платами.
Після друку диметилсульфоксид розкладається з утворенням кислотного середовища, яке розчиняє оксидний шар частинок галію. Таким чином, галієві частинки об’єднуються у провідні мережі з можливістю тонкого налаштування жорсткості.
Застосування та можливості технології
Надруковані елементи мають розмір до 50 мікрометрів і відзначаються високою провідністю (2,27 × 10⁶ См/м) і коефіцієнтом модуляції жорсткості до 1465. Матеріал здатен переходити від твердого стану, схожого на пластик, до м’якого, як у резини. Чорнило сумісне з традиційними підходами — трафаретним друком і методом занурення.
Вчені продемонстрували багатофункціональність технології, створивши пристрій, який у звичайних умовах функціонує як жорсткий портативний гаджет, а при контакті з тілом перетворюється на м’який медичний пристрій. Також створено нейронний зонд, який залишається жорстким для точної імплантації, але розм’якшується в мозковій тканині, зменшуючи запалення.
«Головне досягнення цього дослідження полягає у подоланні давніх проблем друку рідким металом за допомогою нашої інноваційної технології. Керуючи кислотністю чорнила, ми змогли електрично та механічно з’єднати надруковані частинки галію, що дозволило виробляти при кімнатній температурі схеми великої площі з високою роздільною здатністю та регульованою жорсткістю. Це відкриває нові можливості для майбутньої персональної електроніки, медичних пристроїв та робототехніки», — наголошує професор Чже-Ун Чонг.
Результати роботи опубліковані у журналі Science Advances. Технологія вже демонструє потенціал для впровадження у гнучкі носимі пристрої, робототехніку та медичне устаткування нового покоління.