Инженеры из Университета Дьюка в США впервые продемонстрировали возможность создания полнофункциональной и пригодной для переработки электроники субмикронных размеров с помощью технологии печати. Это достижение может стать движущей силой для трансформации рынка дисплеев, объем которого оценивается в 150 миллиардов долларов, и существенно уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.
Об этом сообщает ProIT
Особенности новой технологии печатной электроники
В настоящее время большинство дисплеев для электронных устройств, включая телевизоры, мониторы, часы и автомобильные экраны, производятся в Южной Корее, Китае и на Тайване. Процесс их изготовления сопровождается значительными выбросами парниковых газов и высокими энергозатратами из-за вакуумной обработки. При этом лишь менее четверти электроники, которую ежегодно выбрасывают в мире, подлежит переработке.
Несколько лет назад команда под руководством Аарона Франклина из лаборатории Университета Дьюка разработала первый в мире процесс печати полностью перерабатываемой электроники, используя аэрозольную струйную печать. Однако тогда не удавалось создавать элементы размером менее 10 мкм.
Новый подход: высокоточная печать и уникальные чернила
В новом исследовании ученые совместно с компанией Hummink Technologies применили высокоточные капиллярные печатные машины. Эти устройства используют поверхностную энергию для точного нанесения капель чернил, что позволяет формировать тонкие элементы с небольшими субмикронными зазорами. Для печати использовали три типа углеродных чернил: из нанотрубок, графена и наноцеллюлозы. Благодаря этому электронные компоненты можно наносить как на твердые подложки (стекло, кремний), так и на гибкие материалы на основе бумаги или других экологически чистых материалов.
Эксперименты показали, что такое сочетание чернил и оборудования позволяет эффективно печатать элементы длиной в десятки микрометров с очень малыми зазорами между ними. Это обеспечивает формирование каналов тонкопленочных транзисторов, которые используются для управления пикселями в плоских дисплеях. Меньшие размеры транзисторов способствуют повышению электрических характеристик устройств.
“Если мы хотим серьезно увеличить объемы производства в США в областях, где доминируют глобальные конкуренты, нам нужны трансформационные технологии. Наш процесс позволяет печатать транзисторы на основе углерода, которые можно полностью перерабатывать и которые обеспечивают производительность, сопоставимую с отраслевыми стандартами. Это очень перспективный результат, чтобы не уделить ему внимания”, — отмечает профессор кафедры электротехники, вычислительной техники и химии им. Эдмунда Т. Пратта-младшего в Университете Дьюка Аарон Франклин.
Исследователи отмечают, что хотя такие подходы не заменят высокопроизводительные кремниевые компьютерные чипы, они могут стать конкурентоспособными и даже революционными для других сегментов рынка. Например, тонкопленочные транзисторы, напечатанные по новой технологии, уже позволяют управлять несколькими пикселями в жидкокристаллических дисплеях, а их характеристики приближаются к уровню OLED-дисплеев.
Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.
