Южнокорейские ученые из Школы электротехники KAIST и Сеульского национального университета разработали инновационные электронные чернила, которые позволяют изготавливать микросхемы с изменяемой жесткостью при комнатной температуре. Эта технология открывает новые горизонты для персональной электроники, медицинских устройств и робототехники.
Об этом сообщает ProIT
Особенности разработки: галиевые чернила и контроль жесткости
Основой разработки стал галий — металл, который легко переходит из твердого в жидкое состояние (температура плавления 29,8 °C), что идеально подходит для создания электроники с изменяемой жесткостью. Однако галий имеет ряд недостатков, в частности, высокое поверхностное натяжение, низкую вязкость и нежелательные фазовые переходы.
Чтобы преодолеть эти ограничения, команда под руководством профессора Чже-Ун Чонга (KAIST), профессора Сонджуна Пака (Сеульский национальный университет) и профессора Стива Пака (KAIST) создала специальные электронные чернила. В их основе — микроскопические частицы галия, растворенные в гидрофильной полиуретановой матрице с нейтральным растворителем диметилсульфоксидом. Это обеспечивает стабильную вязкость и высокую электропроводность чернил, что позволяет печатать многослойные схемы с разрешением, сопоставимым с коммерческими печатными платами.
После печати диметилсульфоксид разлагается с образованием кислой среды, которая растворяет оксидный слой частиц галия. Таким образом, галиевые частицы объединяются в проводящие сети с возможностью тонкой настройки жесткости.
Применение и возможности технологии
Надпечатанные элементы имеют размер до 50 микрометров и отличаются высокой проводимостью (2,27 × 10⁶ См/м) и коэффициентом модуляции жесткости до 1465. Материал способен переходить от твердого состояния, похожего на пластик, к мягкому, как у резины. Чернила совместимы с традиционными подходами — трафаретной печатью и методом погружения.
Ученые продемонстрировали многофункциональность технологии, создав устройство, которое в обычных условиях функционирует как жесткий портативный гаджет, а при контакте с телом превращается в мягкое медицинское устройство. Также создан нейронный зонд, который остается жестким для точной имплантации, но размягчается в мозговой ткани, уменьшая воспаление.
«Главное достижение этого исследования заключается в преодолении давних проблем печати жидким металлом с помощью нашей инновационной технологии. Управляя кислотностью чернил, мы смогли электрически и механически соединить напечатанные частицы галия, что позволило производить при комнатной температуре схемы большой площади с высокой разрешающей способностью и регулируемой жесткостью. Это открывает новые возможности для будущей персональной электроники, медицинских устройств и робототехники», — подчеркивает профессор Чже-Ун Чонг.
Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances. Технология уже демонстрирует потенциал для внедрения в гибкие носимые устройства, робототехнику и медицинское оборудование нового поколения.