Дослідники з Лабораторії біоелектроніки та мікросхем Бінгемтонського університету розробили нову технологію виготовлення мікросхем безпосередньо на пергаментному папері за допомогою вуглекислотного лазера. Цей підхід дозволяє створювати електронні схеми, які є не лише ефективними, а й екологічними.
Про це розповідає ProIT
Інноваційна технологія лазерного виготовлення мікросхем
Використання пергаментного паперу з тонким шаром силікону забезпечує водовідштовхувальні властивості матеріалу. Лазерна обробка дозволяє вибірково видаляти силіконове покриття, оголюючи целюлозні волокна, що здатні поглинати воду. Утворені канали заповнюються водорозчинним чорнилом, з якого формуються основні електронні компоненти: резистори, конденсатори, міжз’єднання та аналогові схеми саме у потрібних місцях.
“Скрізь, де лазер торкається паперу, він стає сприйнятливим до наших функціональних чорнил. У решті місць силіконове покриття діє як природний ізолятор”, — пояснює керівник дослідження, професор Сокхеун Чой.
Цей проєкт є результатом понад десятирічної роботи команди. Сам професор Чой з 2015 року розвиває напрямок «паперової електроніки». Першим кроком стала розробка біобатареї на паперовій основі, яка генерувала електроенергію з бактерій. Згодом з’явилися біобатареї різних форм-факторів, сенсори для експрес-діагностики, моніторингу навколишнього середовища та виявлення чутливості до антимікробних препаратів.
Переваги та потенціал застосування паперової електроніки
У 2024 році дослідники вперше представили повністю інтегровану паперову плату з регульованими резисторами, конденсаторами й транзисторами. Проте при використанні воскових трафаретів виникали технологічні обмеження: віск розмивався при нагріванні, а мінімальний розмір елементів не дозволяв створювати компактні схеми. Застосування лазера вирішило ці проблеми — тепер можна формувати елементи мікросхеми шириною лише 250 мікрометрів та з відстанню між ними у 300 мікрометрів.
Команда створила повний набір електронних компонентів, включно з резисторами, опір яких регулюється у широкому діапазоні, міжз’єднаннями з питомим опором близько 1 Ом на 6,4 см² та конденсаторами з регульованою місткістю. Всі ці елементи виготовляються за допомогою чорнил на водній основі, без використання токсичних металів або органічних розчинників. Схеми повністю біорозкладані: вони руйнуються у ґрунті протягом кількох тижнів або спалюються за лічені секунди. Для тривалого використання тонкий шар силікону захищає електроніку від впливу вологи та механічних пошкоджень, не впливаючи на електричні параметри.
На думку професора Чоя, технологія має перспективу застосування у виробництві біорозкладаних пов’язок для моніторингу стану ран, які після використання самостійно руйнуються, а також у створенні розумних етикеток для відстеження температури та вологості товарів у ланцюгах постачання. Загалом, напрямок паперової електроніки відкриває широкі можливості для розробки доступних, безпечних та екологічних пристроїв.
Результати дослідження опубліковано в журналі ACS Applied Materials & Interfaces.