Исследователи из Лаборатории биоэлектроники и микросхем Бингемтонского университета разработали новую технологию изготовления микросхем непосредственно на пергаментной бумаге с помощью углекислотного лазера. Этот подход позволяет создавать электронные схемы, которые являются не только эффективными, но и экологичными.
Об этом сообщает ProIT
Инновационная технология лазерного изготовления микросхем
Использование пергаментной бумаги с тонким слоем силикона обеспечивает водоотталкивающие свойства материала. Лазерная обработка позволяет выборочно удалять силиконовое покрытие, обнажая целлюлозные волокна, способные поглощать воду. Образованные каналы заполняются водорастворимыми чернилами, из которых формируются основные электронные компоненты: резисторы, конденсаторы, межсоединения и аналоговые схемы именно в нужных местах.
«Где бы лазер ни касался бумаги, она становится восприимчивой к нашим функциональным чернилам. В остальных местах силиконовое покрытие действует как естественный изолятор», — объясняет руководитель исследования, профессор Сокхеун Чой.
Этот проект является результатом более десятилетней работы команды. Сам профессор Чой с 2015 года развивает направление «бумажной электроники». Первым шагом стала разработка биобатареи на бумажной основе, которая генерировала электроэнергию из бактерий. Со временем появились биобатареи различных форм-факторов, сенсоры для экспресс-диагностики, мониторинга окружающей среды и выявления чувствительности к антимикробным препаратам.
Преимущества и потенциал применения бумажной электроники
В 2024 году исследователи впервые представили полностью интегрированную бумажную плату с регулируемыми резисторами, конденсаторами и транзисторами. Однако при использовании восковых трафаретов возникали технологические ограничения: воск размазывался при нагревании, а минимальный размер элементов не позволял создавать компактные схемы. Применение лазера решило эти проблемы — теперь можно формировать элементы микросхемы шириной всего 250 микрометров и с расстоянием между ними в 300 микрометров.
Команда создала полный набор электронных компонентов, включая резисторы, сопротивление которых регулируется в широком диапазоне, межсоединения с удельным сопротивлением около 1 Ом на 6,4 см² и конденсаторы с регулируемой емкостью. Все эти элементы изготавливаются с помощью чернил на водной основе, без использования токсичных металлов или органических растворителей. Схемы полностью биораслагаемы: они разрушаются в почве в течение нескольких недель или сжигаются за считанные секунды. Для длительного использования тонкий слой силикона защищает электронику от воздействия влаги и механических повреждений, не влияя на электрические параметры.
По мнению профессора Чоя, технология имеет перспективу применения в производстве биораслагаемых повязок для мониторинга состояния ран, которые после использования самостоятельно разрушаются, а также в создании умных этикеток для отслеживания температуры и влажности товаров в цепочках поставок. В целом, направление бумажной электроники открывает широкие возможности для разработки доступных, безопасных и экологичных устройств.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.