Российские ученые создали чернила для печати гибкой электроники. Гибкая электроника

Гибкая электроника

В Избранное

Компьютеры, мобильные телефоны, которые можно будет сворачивать как листок бумаги, по праву считаются будущим потребительской электроники. Однако, одной из непреодолимых на сегодняшний день проблем, которая тормозит развитие всего направления гибкой электроники в целом, является то, что существующие технологии производства не могут обеспечить массовое производство гибких электронных компонентов и приборов, обладающих идентичными электронными характеристиками.

гибкая электроника Однако, благодаря разработанному учеными из Суррейского университета новому компоненту, момент, когда появятся первые гибкие устройства, стал намного ближе.

Группа из Института передовых технологий (Advanced Technology Institute, ATI) Суррейского университета, работая совместно с учеными компании Phillips, разработала, изготовила и продемонстрировала опытные работающие образцы тонкопленочных транзисторов, на основе которым можно строить электронные логические схемы любой сложности. Кроме этого, новые транзисторы изготавливаются достаточно просто, что позволяет реализовать их массовое производство при большом значении показателя повторяемости их характеристик.

«Люди рассуждают о гибкой электронике уже более 20 лет, а в последнее время некоторые исследователи все чаще демонстрируют образцы гибких электронных устройств» — рассказывает доктор Рэду Спореа (Dr Radu Sporea), — «Но в действительности все еще не так хорошо, даже если вы в своей лаборатории изготовите пять однотипных гибких устройств, то их характеристики будут весьма значительно отличаться от экземпляра к экземпляру».

SGT-транзисторы

В основу тонкопленочного транзистора легла структура SGT-транзистора (source-gated transistor), разработанного около десятилетия назад. Такие транзисторы работают в пять-десять раз медленнее, нежели обычные биполярные или полевые транзисторы, но они являются более надежными в работе, они потребляют меньше энергии в работе и переносят высокий уровень внешних электрических и магнитных воздействий, что позволяет избавиться от необходимости использования дополнительных защитных цепей. Такие свойства SGT-транзистора дает ему то, что управление движением потока электронов осуществляется не в объеме кристалла полупроводникового материала, а в точке контакта металла с полупроводником.

«Вы можете представить себе недорогие электронные устройства, у которых нет никакого дисплея, но которые могут быть напечатаны на пластике или ткани, из которой изготовлена ваша одежда. Если в составе этих устройств будут находиться обычные полевые транзисторы, то вам нельзя будет даже близко приближаться к источникам радиоизлучения. Мощности радиоволн, излучаемых мобильным телефоном или точкой доступа Wi-Fi, будет вполне достаточно для того, чтобы вывести из строя крошечные транзисторы, которые не защищены никакими корпусами и другой электрической экранировкой» — рассказывает доктор Спореа, — «Наша идея заключается в том, что SGT-транзисторы смогут сохранить работоспособность в более жестких условиях и, поэтому, при проектировании гибкой электроники им следует отдать предпочтение».

Кроме всех вышеперечисленных достоинств SGT-транзисторов, они обладают еще одним неоспоримым достоинством. Их структура допускает их изготовление практически из любого полупроводникового материала, включая кремний, органические полупроводники, окись цинка и даже графен, что позволит значительно расширить область применения новых транзисторов.

Источник: dailytechinfo.org

science.spb.ru

Гибкая электроника - переворот в цифровой и IT-индустрии

Гибкая электроника – технология сборки электронных схем путем установки ее элементов на гибкую пластиковую подкладку, сделанную из полиимидов, полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) или прозрачной проводящей полиэфирной пленки. Также гибкие схемы могут быть напечатаны на трафаретах из серебра или полиэфиров. Сборка гибких микросхем может происходить с использованием тех же компонентов, что и для их жестких аналогов, позволяя придать плате желаемую форму или гибкость при работе. В качестве альтернативного способа производства предлагаются различные методы травления на обычной кремниевой подкладке толщиной в несколько десятков микрометров для достижения необходимой гибкости.

Производство

Гибкие печатные схемы (ГПС) делаются с использованием технологии фотолитографии. Еще одним способом производства гибких схем или шлейфов является нанесение полос с очень тонким (0,07 мм) слоем меди между двумя слоями ПЭТ (полиэтилентерефталата). Эти слои, часто не превышающие 0,05 мм в толщину, покрываются вяжущими веществами, представляющими собой реактопласты, активирующиеся во время ламинирования. ГПС и шлейфы обладают рядом преимуществ во многих областях:

Плотно смонтированные электронные блоки, где контакты размещены в 3 плоскостях (пример использования – камеры) (статичное применение)
Электрические контакты в тех условиях, когда сборка требует гибкости при обычном применении, как в мобильных телефонах (использование в движении)
Электрические контакты между суб-сборками для замены более массивных и громоздких кабельных жгутов (примеры использования – автомобили, ракеты, спутники)
Электрические контакты в тех приборах, где ведущую роль играет толщина платы или ограниченное пространство

Преимущества ГПС

Возможное замещение многочисленных жестких плат и/или соединителей
Односторонние платы идеально подходят в областях, связанных с динамикой или нуждающихся в высокой гибкости

Большое количество конфигураций ГПС

Недостатки ГПС

Более высокая стоимость по сравнению с жесткими печатными платами
Повышенный риск повреждения во время использования
Более сложный процесс сборки
Доработка и ремонт – сложны либо невозможны
Худшее качество использования панелей, выливающееся в повышение стоимости

Применение

Гибкие схемы часто используют в качестве соединителей в различных отраслях, где гибкость, миниатюризация или ограничения производства уменьшают надежность эксплуатации жестких печатных плат или ручной компоновки схемы. Чаще всего их применяют в компьютерных клавиатурах, где в большинстве случаев они обеспечивают работу переключающей матрицы.

При производстве ЖК-дисплеев стекло используется в качестве подкладки. Если вместо него использовать тонкую гибкую пластиковую или металлическую фольгу, вся система станет гибкой, так как пленка, размещаемая на верху подкладки, как правило, очень тонкая (всего несколько микрометров).

Органические светодиоды (OLED), как правило, используются вместо задней подсветки в гибких дисплеях. В результате появляются гибкие дисплеи с органическими светодиодами.

Большинство гибких схем – всего лишь пассивные связующие элементы, используемые для соединения таких электронных компонентов, как интегральные схемы, резисторы и конденсаторы. Однако, некоторые из них могут применяться только для создания взаимной связи между другими электронными блоками как напрямую, так или через соединители.

В автопромышленности гибкие схемы используют в приборных панелях и системах управления, расположенных под капотом, схемах, скрытых под обшивкой салона, и антиблокировочных системах. В компьютерной периферии гибкие схемы применяются в подвижных печатающих головках принтеров и передачи сигналов к ползунку, перемещающему считывающую или печатающую головку дисковода. При производстве потребительской электроники гибкие схемы применяются в камерах, развлекательных системах, калькуляторах или датчиках движения.

Также гибкие схемы часто используют в промышленных и медицинских приборах, где необходимо большое число компактно расположенных взаимосвязей. Еще один распространенный пример их применения – сотовые телефоны.

Для обеспечения спутников энергии были разработаны гибкие фотоэлементы. Они – легкие, могут быть свернуты для запуска и легко раскладываются, что делает их подходящими в применении. Также их можно пришить к рюкзаку или верхней одежде.

История

Появившиеся в начале XX века изобретения показывают, что первые исследователи предвидели создание плоских проводов, расположенных между слоями диэлектрика, для создания электрических схем, обслуживающих ранние линии телефонии. Одним из первых описаний того, что можно назвать гибкой схемой, было обнаружено доктором Кен Джиллео и опубликовано в 1903 году Альбертом Хансеном в английском патенте, где была описана конструкция, состоящая из плоских металлических проводов, покрытых пропитанной парафином бумагой. Записи из лаборатории Томаса Эдисона того же периода поазывают, что он подумывал о том, чтобы покрыть образцы карбоксиметилцеллюлозы линованной бумагой, покрытой графитовым порошком, чтобы создать то, что определенно можно было назвать гибкой схемой, хотя нет информации о том, что она была применена на практике.

В 1947 году в публикации под названием «Методы создания печатных плат», написанной Кледо Брунетти и Роджером Кертисом, где изложено краткое изложение обсуждения вопроса создания схем, который могли обладать гибкими диэлектриками (например, бумагой), показывается, что эта идея имела место. В 1950-х годах Виктор Далгрен и Ройден Сандерс изобретатели из компании «Sanders Associates», расположенной в Нашуа (штат Нью-Гемпшир), сделали серьезные успехи в разработке и патентовании процессов печати и травления плоских проводов на основе гибких материалов, служащих в качестве замены кабельных жгутов. Начиная с 1950-х годов, нью-йоркская компания «Photocircuits Corporation» поместила рекламу гибких микросхем, показав свою заинтересованность в этой области.

На сегодняшний день гибкие схемы используется во многих товарах. Серьезное значение они приобрели благодаря усилиям японских компаний-производителей электроники и их инженеров-монтажников, придумавших бесчисленное множество новых способов применения технологии гибких схем. В последние десять лет рынок гибких схем остается одним из самых быстрорастущих сегментов рынка соединительных товаров. Более прогрессивная вариация технологии под названием «гибкая электроника» часто включает объединение активных и пассивных функций в работе.

Структуры гибких схем

Существует несколько основных компоновок гибких схем, но между ними существует серьезная разница из-за способов компоновки. Далее следуют самые распространенные схемы компоновки гибких плат

Односторонние гибкие платы

Односторонние гибкие платы обладают одним проводящим слоем, сделанным либо из металла, либо из проводящего (содержащего металл) полимера на гибкой изолированной пленке. Одно из ограничений заключается в том, что доступ существует только с одной стороны. В основной оболочке отверстия можно формовать, позволяя компонентам быть связанными, как правило – с помощью паяния. Односторонние гибкие схемы можно производить с использованием защитных оболочек или без них, однако, чаще всего используется защитное покрытие. Разработка поверхностного монтажа путем распыления проводящего материала позволила начать производство прозрачных светодиодных пленок, используемых в специальных стеклах и гибких светящихся композитных материалах.

Гибкие схемы двойного доступа

Гибкие схемы двойного доступа обладают одним проводящим слоем, но он работает так, что появляется возможность получения доступа к определенным элементам проводящей схемы с обеих сторон. Несмотря на то, что этот тип схем обладает определенными преимуществами, специальные требования к вычислениям для доступа к элементам ограничивают их применение.

Рельефные гибкие схемы

Рельефные гибкие схемы – инновационный подкласс обычных гибких схем. Процесс производства включают специальный многоступенчатый метод травления гибких плат, во время которого слой медного проводника на гибкой плате отличаются по толщине в различных местах по всей длине платы (к примеру, толщина проводника может быть ниже в гибких участках и выше – в местах соединения).

Двухсторонние гибкие схемы

Двухсторонние гибкие схемы получили свое название из-за двух слоев проводника. Они могут производиться с использованием монтажа компонентов в отверстия или без него, хотя более распространенным является первый вариант. Если схема собрана без монтажа в отверстия, а соединители доступны только с одной стороны, то она определяется, как «Тип 5» согласно военной спецификации. Такая практика имеет место, хоть и не слишком часто. Из-за монтажа в отверстия с обеих сторон платы можно разместить зажимы для электронных компонентов, что позволит поместить сами компоненты на любой из сторон. В зависимости от требований к разработке, двухсторонние гибкие схемы могут выпускаться с защитными покрытиями на одной, обеих или ни на одной из сторон завершенной схемы, но чаще всего их выпускают с покрытием на обеих сторонах. Одним из главных преимуществ этого типа подкладок является возможность легко создать перекрестные соединения. Многие односторонние гибкие схемы монтируются на двухсторонней подкладке просто потому, что у них есть одно или два перекрестных соединений. Пример использования этих схем – соединение тачпэда и материнской платы в ноутбуке. Все соединения этой схемы расположены только на одной стороне подкладки, кроме самых малых из них, которые используют вторую сторону подкладки.

Многослойные гибкие схемы

Гибкие схемы, обладающие тремя и более слоями проводника, известны, как многослойные гибкие схемы. Часто слои взаимосвязаны за счет монтажа компонентов в отверстия, хотя в это нет необходимости, так как возможно обеспечить доступ к более низкоуровневым связям. Слои этого типа гибких схем могут непрерывно ламинироваться во время конструирования за исключением зон, занятых компонентами, смонтированными в отверстия. Практика дискретного ламинирования распространена в тех случаях, когда необходима максимальная гибкость. Это достигается путем выделения зон, свободных от связей, где необходима гибкость.

Жестко-гибкие схемы

Жестко-гибкие схемы – гибридный вид схем, состоящих из жестких и гибких подкладок, склеенных в единую структуру. Их не стоит путать с усиленными гибкими схемами, которые представляют собой обычные схемы, усиленные для того, чтобы выдерживать вес электронных компонентов. Усиленные гибкие схемы могут обладать одним и более проводящими слоями. Несмотря на то, что два термина звучат похоже, они представляют абсолютно разные изделия.

Слои жесткой схемы, как правило, соединены при помощи металлизированных монтажных отверстий. С годами жестко-гибкие схемы стали невероятно популярными среди разработчиков военной продукции, однако технология была разработана для использования в коммерческой отрасли. Хоть часто и говорится, что эти товары производятся в низких объемах из-за сложностей, в 1990-е годы компания «Compaq computer» сделала впечатляющие попытки использовать эту технологию для производства монтажных плат ноутбуков. Хоть главные компьютерные жестко-гибкие схемы не гнутся во время работы, последующие разработки компании использовали жестко-гибкие схемы для шарнирных видеокабелей, достигавших до 1000 единиц гибкости при тестировании. К 2013 году использование жестко-гибких схем в ноутбуках для массового потребления стало распространенным.

Как правило, жестко-гибкие схемы являются многослойными структурами, однако иногда используются компоновки с двумя слоями металла.

Гибкие схемы на полимерных толстых пленках

Гибкие схемы на полимерных толстых пленках (ПТП) – печатные схемы с проводниками, пропечатанными на полимерных толстых пленках. Как правило, это – структуры с одним проводящим слоем, однако несколько слоев металла могут быть распечатаны вместе со слоями диэлектрика по последовательной схеме между уже распечатанными слоями кондуктора. Несмотря на то, что проводимость данных схем — ниже, а значит – их нельзя будет использовать во всех отраслях, гибкие схемы на ПТП успешно применяются в большом количестве отраслей, где нужны малые мощности. Самый распространенный пример их применения – клавиатура. Однако существует большое количество возможных отраслей применения для этого выгодного способа производства гибких схем.

Материалы гибких схем

Каждый элемент компоновки гибких схем должен соответствовать тем требованиям, которые выдвигаются при расчете рабочего цикла изделия. К тому же, материал должен надежно работать вместе с другими элементами схемы для обеспечения легкости в сборке и надежности. Далее кратко описаны основные элементы гибких схем и их функции.

Основной материал

Основным материалом схемы служит гибкая полимерная пленка, обеспечивающая основу для слоистого материала. При нормальных условиях основной материал для гибкой схемы обеспечивает большую часть ее физических и электрических свойств. Если говорить об адгезионных способностях, то и также обеспечивает основной материал. Несмотря на то, что возможно использование различной толщины, большинство гибких пленок обеспечивает малый диапазон относительной толщины, измеряемый в пределах от 12 до 125 нм (0,5-5 мил), хотя существуют как более, так и менее тонкие материалы. Более тонкие материалы, разумеется, более гибки, ведь для большей части материалов жесткость растет пропорционально кубу толщины. Следовательно, это значит, что при увеличении толщины в два раза материал станет в восемь раз жестче и сможет отражать только 1/8 часть энергии при равной нагрузке. Существует множество материалов, использующихся в качестве основы для пленок, среди которых – полиэфиры, полиимиды, полиэтиленнафталаты (ПЭН), полиэфиримид, а также – многие фторопласты и сополимеры. Полиимидные пленки распространены больше всего за счет сочетания превосходных электрических, механических, химических и термических свойств.

Клеящий состав

Адгезивы используются, как средство скрепления при нанесении слоистого материала. За счет своей термоустойчивости адгезив, как правило, используется в качестве ограничителя при нанесении слоистого материала, особенно – при работе с полиимидами, как основным материалом. Из-за ранних сложностей, связанных с полиимдными адгезивами, многие полиимидные гибкие схемы сейчас используют адгезивы, сделанные из различных полимеров. Однако некоторые, более современные термопластичные полиимидные адгезивы уже дали серьезный толчок для развития. Как и в случае с базовыми пленками, толщина адгезивов отличается. Как правило, выбор толщины зависит от области применения. К примеру, адгезивы разной толщины часто используются для создания покрытий, нужных для защиты медной фольги различной толщины.

Металлическая фольга

Металлическая фольга чаще всего используется в качестве проводника схемы. Металлической фольгой называют тот материал, из которого можно нормально вытравить пути в схеме. Существует широкий спектр видов фольги переменной толщины, из которых можно выбрать материал для создания гибкой схемы, однако в подавляющем большинстве используется медная фольга. Лучшим выбором ее делает отличный баланс между ценой меди и ее физическими и электрическими свойствами. На сегодняшний день существует много разных типов медной фольги. Компания «IPC» выделяет восемь типов медной проволоки для печатных схем, разделенных на две более крупных категории (гальванически осажденные и обработанные давлением), в которой имеется четыре подкласса. Вследствие этого существует множество различных типов медной проволоки, пригодной для производства гибких схем, нужных в различных отраслях промышленности и конечных продуктах. В большинстве случаев работы с медной проволокой при обработке на тонкую поверхность часто наносится одна сторона, чтобы улучшить ее приклеивание к основной пленке. Медная проволока делится на два типа – гальванически осажденная и обработанная давлением, и свойства каждого из типов – очень отличаются. Обработанная давлением и прокаленная фольга является самым часто используемым видом фольги, хотя более тонкие пленки, получаемые гальваническим осаждением, становятся все популярнее.

При нестандартных условиях производителю схем придется создать специальное слоистое покрытие с применением фольги из другого металла или специального медного сплава. Это происходит путем нанесения фольги на основную пленку с использованием или без использования адгезива в зависимости от происхождения и свойств основной пленки.

Нормативно-техническая документация в производстве гибких схем

Нормативы разработаны для обеспечения общей основы для понимания того, как должна выглядеть и работать производимая продукция. Стандарты производства были разработаны непосредственно такими ассоциациями производителей, как Ассоциации производителей связующей электроники, а также – пользователями гибких схем.

Загрузка...

proagregat.com

Ученые: гибкая электроника изменит наше представление о большинстве устройств

Гибкая электроника приобретает популярность

Почти все знают, на что похожи внутренности компьютера или мобильного телефона. Жесткая плата, обычно зеленая, усеянная чипами, резисторами, конденсаторами и гнездами; все это связывают расходящиеся нити печатной проводки.

Но что, если плата будет гибкой?

«Это может преобразовать способы производства и использования электронных устройств», – сказал Энрике Гомес, доцент химической инженерии в Государственном университете Пенсильвании.

Гомес – один из многих ученых, исследующих гибкую электронику в Научно-исследовательском институте материалов при Университете Пенсильвании и в других университетах и организациях по всему миру.

Гибкая электроника приобретает популярность по двум причинам.

Во-первых, она предполагает совершенно новые электронные устройства. Вообразите, например, крошечные смартфоны, которые оборачиваются вокруг запястий, и гибкие дисплеи, которые разворачиваются из тонкого свитка до размера огромного телевизора. Или фотогальванические панели и реконфигурируемые антенны, которые можно будет настилать прямо на крыши домов и автомобилей. Или гибкие имплантаты, которые могут контролировать ход таких болезней, как рак или диабет, а также помогать устанавливать взаимодействие с людьми, страдающими параличом.

Во-вторых, гибкая электроника означает более дешевое производство. Обычные полупроводники требуют сложных процессов изготовления на многомиллиардных литейных заводах. Исследователи надеются печатать гибкую электронику на пластмассовой пленке тем же способом, каким мы печатаем тексты на бумаге.

«Если бы мы смогли сделать гибкую электронику достаточно дешевой, она могла бы стать одноразовой. Можно было бы носить свой телефон на одежде или брать биопробу, чтобы проверить состояние здоровья, просто лизнув кусочек ткани», – сказал Гомес.

Но прежде чем это станет возможным, исследователи должны заново вспомнить все, что они знают об электронике, и пересмотреть свои представления.

Ожидается, что тенденция к переходу на гибкую электронику будет ежегодно возрастать на несколько десятков процентов в следующее десятилетие.

Ученые и разработчики на самом деле надеются, что рост популярности гибких электронных устройств будет представлять резкий скачок, как только технологии гибких дисплеев перейдут из стадии разработки в стадию производства и начнут становиться коммерческими продуктами, быстро изменяя способ взаимодействия пользователей и их портативных устройств.

К 2023 году рынок гибких экранов уже составит более чем 240 миллионов долларов, что будет составлять более трети портативной электронной продукции, в которой сейчас используются разного рода дисплеи, предсказывают специалисты.

Легкая, гибкая электроника заменит массивные телефоны, электронные книги, планшеты и другие подобные устройства. Проблема, которая существовала, – адаптировать процессы и материалы к гибкой электронике, сегодня решается: ученые нашли способ производить гибкое стекло, печатать электронные составляющие на 3D-принтере и научились производить растягивающиеся батареи.

Большинство экранов, которые встречаются в настоящее время на рынке – в телевизорах, компьютерах, портативной электронике и других устройствах, – представляют жидкокристаллические дисплеи. Но поскольку потребители все более и более выбирают портативную электронику, где вес, прочность и эффективность использования энергии очень важны, появляются новые технологии, которые могут лучше соответствовать этим требованиям и бросают вызов господству LCD.

В настоящее время существуют проблемы, с которыми сталкиваются ученые в процессе разработки гибкой электроники, – например, хрупкость стекла и его восприимчивость к царапинам. Эту проблему разработчики собираются решить, а пока вместо стекла они используют пластик. Существуют и другие трудности, но исследователи полны энтузиазма.

Гибкая электроника обещает изменения, которые пойдут дальше свертываемых экранов, недорогих солнечных батарей, антенн и датчиков. Такие электронные устройства обещают поворот в некоторых неожиданных направлениях, таких как медицина: например, помощь страдающим параличом в виде гибких микроимплантатов для головного мозга.

www.km.ru

гибкая электроника | Evercare.ru | Новости и события мира телемедицины, mHealth, медицинских гаджетов и устройств

Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали гибкий источник питания из материала, по своим характеристикам похожего на ткань для одежды. Этот материал можно резать, складывать, растягивать и он при этом не теряет своих функций. Информация о этом изобретении опубликована в журнале Advanced Materials. Кроме того, что этот источник питания может работать как быстро и многократно заряжаемая батарея, форму этого суперконденсатора можно менять или "редактировать". Это означает, что структуру и форму этого "устройства" можно изменять и после того, как оно изготовлено, сохраняя неизменным его функциональность как источника питания. В этом его отличие от существующих сегодня "растягиваемых" суперконденсаторов, которые имеют предопределенную форму и структуру. Разработанный же сингапурскими учеными материал можно растягивать в разных направлениях и его существенно легче приспособить к другим электронным компонентам при использовании, например, в носимых...

В ближайшее время нам станет доступен новый вид носимых устройств, практически невидимых и похожих на временные татуировки, которыми балуются наши дети (и некоторые взрослые). Например, уже сейчас можно купить средство от солнечных ожогов компании La Roche-Posay, которое представляет собой кусочек очень тонкого (тоньше человеческого волоса) пластыря в форме сердца и содержит в себе миниатюрную электронику, способную подключаться к смартфону и отслеживать в реальном времени, сколько времени вы находитесь на солнце. Это устройство, которое можно носить, не снимая, в течение 5 дней не такое простое, как может показаться - оно содержит антенну NFC и чип, который беспроводным образом связывается со смартфоном, а также светочувствительный краситель, который изменяет свой цвет в зависимости от того, как долго он находится на солнце. Ученые сейчас экспериментируют с различными приложениями, использующими сверхгибкую электронику, пишет Fastcompany. Вот несколько примеров такого...

Исследователи Висконсинского университета в Мадисоне (США) разрабатывают высокоскоростные, гибкие и растяжимые интегрированные электронные схемы, которые могут быть использованы в различных биомедицинских устройствах. Содержащие провода в виде витой пары, примерно такие же как в кабеле Ethernet, эти устройства способны передавать электрический сигнал без его затухания и внешнего влияния. Провода шириной всего 0.64 мм, поддерживающие частоту до 40 ГГц, способны передавать микроволновые сигналы и, судя по всему, совместимы с будущим беспроводным стандартом 5G. Т.е. такая технология может интегрироваться в наклеиваемые на кожу носимые устройства и другие приборы, обеспечивая возможность коммуникаций с другими системами через мобильные 5G-сети. Эксперименты и детальный анализ показали, что производительность линии передачи на базе этой технологии практически не ухудшается при растягивании и изгибе. При этом подобные электронные устройства могут использоваться при размещении на коже,...

Мы уже многократно писали о различных разработках в сфере тонкой и гибкой электроники, работы над созданием которой ведутся в разных странах. Стимулом таких разработчиков является возможность использовать такие элементы для создания носимых устройств нового поколения - легких, почти не ощущаемых, незаметных и многофункциональных. Очередную ультратонкую технологию, получившую название E-skin, разработали японские инженеры из Токийского университета. Их конечный продукт не только тонкий, но и прочный, а также может включать в себя тонкий гибкий дисплей. Весь такой сверхтонкий прибор может растягиваться и сжиматься вместе с кожей, на которой он закреплен, все элементы его изолированы и могут работать долгое время, в течение нескольких дней, прежде чем выйдут из строя. Напомним, что конкурентные, ранее разработанные аналогичные тонкопленочные устройства работали не более нескольких часов. На фотографии показаны тестовые образцы электроники для отработки концепции, которые пока не...

evercare.ru

«Российские ученые создали чернила для печати гибкой электроники» в блоге «Наука»

Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН разработали метод печати надежных устройств для гибкой электроники на 2D-принтере. Для этого они получили новый диэлектрический материал — фторированный графен. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ), а их результаты были опубликованы в журналах Physical Chemistry Chemical Physics и Nanotechnology.

Гибкая (растягиваемая, изгибаемая) электроника в настоящее время рассматривается как одно из магистральных направлений развития технологий электроники будущего. Ученые считают, что в таких устройствах широко использующийся кремний может иметь только очень ограниченное использование, а его место займет монослойный материал графен — полуметалл, который можно получить из очищенного графита. Он может растягиваться на 25%, изгибаться, сворачиваться, при этом его свойства останутся почти неизменными. Его использование в электронных устройствах значительно уменьшает размеры и массу схемы, а также ее энергопотребление.

Для создания электронных устройств необходимо иметь материалы с разными свойствами — от проводников до изоляторов.

Материал, получаемый из графена, — оксид графена, изолятор, механические свойства которого позволяют применять его для создания устройств гибкой электроники, а прекрасно отработанная технология получения делает его доступным и дешевым материалом. Однако он имеет ряд существенных недостатков. Например, оксид графена не способен обеспечить надежную изоляцию (так как по нему всё-таки течет электрический ток) и обладает очень низкой стабильностью: даже незначительное повышение температуры за счет нагрева или протекания тока заметно увеличивает его проводимость. Всё это мешает использовать оксид графена в качестве диэлектрика — вещества, не проводящего электрический ток.

Принтер FUJIFILM Gimatix DMP-2800, используемый для печати гибкой электроники на основе фторированного графена.

«Нами разработан простой способ получения другого диэлектрического материала на основе графена — фторированного графена. Мы показали, что пленки, полученные из фторированного графена, обладают уникальными диэлектрическими свойствами, однако механические свойства этого материала уступают свойствам оксида графена. Поэтому мы предложили создавать двухслойные пленки: если на поверхность оксида графена нанести тонкий (несколько нанометров) слой фторированного графена, то обе проблемы оксида графена решаются. Кроме того, нами предложен простой и дешевый способ получения пленок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (свойство важное для многих приложений) на твердых и гибких подложках любой площади из суспензии частично фторированного графена. Также был найден целый класс подходящих материалов на основе фторированного графена для изготовления мемристоров», — рассказала один из авторов статьи Ирина Антонова, руководитель гранта РНФ, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН.

На основе разработанных новых материалов с помощью печатных 2D-технологий ученые смогут создавать надежные устройства для гибкой электроники. Конечно, нельзя напечатать полноценный компьютер, зато можно сделать огромное количество бытовых приборов. Экономия достигается за счет того, что печатные технологии не требуют больших заводов, дорогостоящего оборудования и сверхчистых помещений. Чернила для 2D-принтера представляют собой суспензию — смесь, где твердое вещество распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном состоянии. По словам ученого, нужные слои можно печатать в буквальном смысле рулонами. Такая процедура сравнима с печатью газет. Имея набор чернил с разными электронными свойствами, можно создавать широкий спектр электронных приборов.

При помощи печатных 2D-технологий можно изготавливать радиочастотные метки и идентификаторы (такие метки, например, прикреплены на товарах в магазинах), легкие и дешевые батарейки и аккумуляторы, электронные схемы в игрушках, всевозможные датчики и даже компактные приборы для тестирования состояния здоровья человека.Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Новосибирского государственного университета, Новосибирского государственного технического университета и Северо-восточного федерального университета имени М.К. Аммосова.

sdelanounas.ru

Гибкая электроника для энтузиастов - «Хакер»

Дешевый способ печати плат

Зачем это нужно

Изготовление печатных плат в домашних условиях — не самая тривиальная задача. Во-первых, процесс требует немалой точности, а во-вторых, он довольно затратен. Инновационный метод быстрой и дешевой печати плат, разработанный инженерами из Технологического института Джорджии, Токийского университета и Microsoft Research, позволит решить эту проблему. Потратив не более 300 долларов, любой энтузиаст сможет делать работоспособные электрические схемы за 60 секунд на струйном принтере с обычным картриджем.

Как это работает

Ключевой инновацией в технологии печати под названием Instant inkjet circuits является уникальная краска с серебряными наночастицами, с помощью которой печатаются платы. Купив такую краску, можно заправить ее в стандартный картридж любого струйника и напечатать рабочую электрическую схему на обычном носителе. Лучше всего подходят прорезиненная бумага, пленка или фотобумага. Однако есть ряд материалов, печать на которых невозможна. К ним относится, например, холст или листовой магнит.

Получившуюся схему можно подключить к любым компонентам и устройствам с помощью проводящей клейкой ленты или специального токопроводящего клея. Например, для демонстрации преимуществ новой технологии авторы концепта прикрепили емкостный датчик со встроенной напечатанной платой к стакану с водой. При подключении к микроконтроллеру датчик смог определить, сколько жидкости осталось в стакане.

Баночка наночернил превратит старый струйникс пустым картриджем в настоящую фабрику плат

По словам одного из разработчиков нового концепта Стива Ходжеса (Steve Hodges), предложенная технология будет полезна как студентам, которые получат возможность быстро изучать базовые принципы работы электроники на практике, так и множеству энтузиастов по всему миру — теперь они смогут проверять работоспособность прототипов разработанных схем с минимальными затратами.

Основную статью расходов при печати таким способом составляют чернила. Баночка «нанокраски» обойдется примерно в 200 долларов. Остальные 100 уйдут на принтер и пустые картриджи. Однако последующая печать будет очень дешевой: с помощью одной бутылки чернил, которые производит компания Mitsubishi Imaging, можно изготовить платы общей площадью до 10 м2.

Конечно, в качестве промышленной платы такое изделие вряд ли сгодится, но как способ быстрого, а главное, дешевого, способа прототипирования и проверки печатных плат выглядит очень привлекательно. Сам концепт детально описан в научной работе и завоевал звание лучшего исследования на недавно прошедшей конференции ACM.

Cамодельное электронное устройство, использующее «бумажную» печатную плату

Наклейки с электроникой

Зачем это нужно

Новый проект стикеров с электроникой — это естественное дополнение к изготовлению печатных плат на бумаге. Хотя два проекта никак не связаны, но они идеально дополняют друг друга.

Стикер с электроникой представляет собой небольшой блок на самоклеющейся основе, содержащий электронный компонент. «Наклейку» можно использовать для формирования логики или представления в своих проектах. На данный момент разработчики предлагают четыре основных типа стикеров:

LED Stickers — простые стикеры со светодиодами, уже сейчас доступны белые, красные, желтые и синие версии;
Effects Stickers — стикеры-контроллеры для управления LED-стикерами. Могут генерировать различные эффекты, как, например, угасание или мигание;
Sensors Stickers — стикеры-датчики, например датчики света, звука или же просто тайм-триггеры;
Touch sensor/Microcontroller Sticker — стикеры — датчики прикосновения, отличаются от предыдущих наличием на борту микроконтроллера ATTiny85, который при желании может быть легко перепрограммирован.

Цена на базовый пакет стикеров «с начинкой» начинается от 25 долларов

Как это работает

Идея в том, что для соединения элементов не требуется припой и паяльник, так что собирать схемы из электронных компонентов теперь может даже ребенок, просто наклеивая их на цепь. Использование проводящего клея позволяет крепить стикеры практически на любую поверхность, причем неоднократно.

Прикрепленные к цепи стикеры образуют единую логическую систему и могут взаимодействовать друг с другом, реагируя на внешнюю среду с помощью описанных выше сенсоров. Наклейки предполагается крепить на любую проводящую поверхность: на проводящую ткань, краску (см. предыдущий концепт) или просто медную нить.

Circuit Stickers могут быть отклеены и повторно закреплены на любых поверхностях

Организаторы проекта Circuit Stickers будут собирать предварительные заказы до конца года, а потом разошлют покупателям различные комплекты наклеек. Самый простой комплект за 25 долларов включает в себя 12 белых стикеров-светодиодов, по шесть красных, желтых и синих светодиодов, один моток медной проволоки, две батарейки и немножко канцелярской мелочи для склейки деталей.

xakep.ru

Вебинар. Гибкая электроника. Будущее уже наступило

Поделитесь в социальных сетях

Рассматривается совокупность технологий, использующихся в гибкой электронике, как новый раздел физики, химии и инженерного дела. Гибкая электроника позволяет создавать процессоры, телевизоры, сенсорные экраны и многие другие электронные устройства гибкими, прозрачными, более дешёвыми и даже съедобными. Это открывает огромные возможности и содействуют развитию новых применений электроники.

Почему это важно и интересно

А Вы знаете, что сейчас Вы смотрите на миллиард транзисторов? Читаете ли Вы этот текст с монитора компьютера или с экрана телефона, за этим стоят маленькие труженики – транзисторы. Вы, может быть, даже не слышали о них, но именно транзисторов человечество производит столько, что их количество превысило количество любых других устройств и продуктов. В 2014 году, например, было произведено 250 квинтиллионов транзисторов – это миллиард миллиардов или десять в восемнадцатой степени! С тех пор количество произведённых транзисторов возросло на порядки, а мы с Вами увидели несколько поколений стремительно развивающейся электроники. Совсем недавно в магазинах впервые появились телевизоры и смартфоны с загибающимися экранами от компаний LG и Samsung. И всего пару лет назад компания Apple только выпустила свои первые смарт-часы. Конечно, в эти устройства входят не только транзисторы, но ещё диоды, резисторы, конденсаторы и другие компоненты. Но подумать только, сегодня нам эти гаджеты кажутся такими обыденными! А ведь прошло всего четыре года с тех пор, как мы узнали, что любой монитор не обязательно должен быть плоским, а с часов тоже можно отправить СМС. Что же нас ждёт сегодня? А ещё через четыре года? На вебинаре мы будем разбираться в удивительных технологиях гибкой электроники, которые уже используются в перечисленных гаджетах, а в будущем позволят создавать ещё более фантастические устройства.

На вебинаре Вы узнаете:

Как электроника изменила нашу жизнь за последние десятилетия
Что такое гибкая электроника и какие удивительные технологии она объединяет
Что такое транзистор и диод, как они работают, и почему мы пользуемся ими каждый день
Какие свойства появятся у транзисторов и диодов, если применять в их производстве технологии гибкой электроники
Как производится гибкая электроника и какие наноразмерные структуры в ней используются
В каких гаджетах гибкая электроника используется сегодня, какие гаджеты уже разрабатываются, а какие будут доступны в будущем

Этот вебинар будет полезен:

Всем, кто интересуется современными нанотехнологиями
Всем, кто пользуется смартфонами, компьютерами и телевизорами и хочет больше о них узнать
Школьникам, обучающимся по программам естественно-научного профиля, школьникам физико-математических классов
Студентам и специалистам профильных образовательных учреждений среднего и высшего профессионального образования

Время проведения вебинара: 18 Мая 2018 c 17:55 по 19:20

ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

ГЛУШКОВА АНАСТАСИЯ ВИКТОРОВНА

Краткое интервью со спикером:

1. Опишите свою работу 3 словами? – дополненная реальность, дисплеи, металл-оксидные полупроводники

2. Ваш любимый предмет в школе? – математика, физика

3. Кем вы хотели стать после школы? – учёным

4. Какими профессиональными достижениями Вы гордитесь? – Разработка масштабированного процесса производства микроэлектроники по технологии плоскопанельных дисплеев, получение полупроводниковых органических монослойных монокристаллов большой площади для гибкой электроники

Поделитесь в социальных сетях

tomedu.ru