Інженери з Університету Дьюка у США вперше продемонстрували можливість створення повнофункціональної та придатної до переробки електроніки субмікронних розмірів за допомогою технології друку. Це досягнення може стати рушійною силою для трансформації ринку дисплеїв, обсяг якого оцінюється у 150 мільярдів доларів, та відчутно зменшити негативний вплив на довкілля.
Про це розповідає ProIT
Особливості нової технології друкованої електроніки
Зараз більшість дисплеїв для електронних пристроїв, включаючи телевізори, монітори, годинники та автомобільні екрани, виробляють у Південній Кореї, Китаї та на Тайвані. Процес їх виготовлення супроводжується значними викидами парникових газів і високими енерговитратами через вакуумну обробку. При цьому лише менше чверті електроніки, яку щороку викидають у світі, підлягає переробці.
Кілька років тому команда під керівництвом Аарона Франкліна з лабораторії Університету Дьюка розробила перший у світі процес друку повністю перероблюваної електроніки, використовуючи аерозольний струменевий друк. Однак тоді не вдавалось створювати елементи розміром менше 10 мкм.
Новий підхід: високоточний друк і унікальні чорнила
У новому дослідженні вчені спільно з компанією Hummink Technologies застосували високоточні капілярні друкарські машини. Ці пристрої використовують поверхневу енергію для точного нанесення крапель чорнила, що дає змогу формувати тонкі елементи з невеликими субмікронними зазорами. Для друку використовували три типи вуглецевого чорнила: з нанотрубок, графену та наноцелюлози. Завдяки цьому електронні компоненти можна наносити як на тверді підкладки (скло, кремній), так і на гнучкі матеріали на основі паперу чи інших екологічних матеріалів.
Експерименти показали, що таке поєднання чорнил і обладнання дозволяє ефективно друкувати елементи довжиною у десятки мікрометрів із дуже малими зазорами між ними. Це забезпечує формування каналів тонкоплівкових транзисторів, які використовують для керування пікселями у пласких дисплеях. Менші розміри транзисторів сприяють підвищенню електричних характеристик пристроїв.
“Якщо ми хочемо серйозно збільшити обсяги виробництва у США в областях, де домінують глобальні конкуренти, нам потрібні трансформаційні технології. Наш процес дозволяє друкувати транзистори на основі вуглецю, які можна повністю переробляти і які забезпечують продуктивність, порівнянну з галузевими стандартами. Це дуже перспективний результат, щоб не приділити йому уваги”, — зазначає професор кафедри електротехніки, обчислювальної техніки та хімії ім. Едмунда Т. Пратта-молодшого в Університеті Дьюка Аарон Франклін.
Дослідники відзначають, що хоча такі підходи не замінять високопродуктивні кремнієві комп’ютерні чипи, вони можуть стати конкурентоспроможними та навіть революційними для інших сегментів ринку. Наприклад, тонкоплівкові транзистори, надруковані за новою технологією, вже дозволяють керувати кількома пікселями у рідкокристалічних дисплеях, а їхні характеристики наближаються до рівня OLED-дисплеїв.
Результати цього дослідження опубліковані у журналі Nature Electronics.