Революція в електроніці: Створення мікросхем на папері за допомогою лазера
Науковці з Лабораторії біоелектроніки та мікросхем Бінгемтонського університету здійснили прорив у сфері електроніки, розробивши інноваційну методику виготовлення функціональних мікросхем безпосередньо на пергаментному папері. Ця технологія відкриває шлях до створення повністю паперових електронних пристроїв, що може кардинально змінити уявлення про одноразову електроніку.
Лазерне гравіювання як основа паперової електроніки
В основі розробки лежить використання стандартного вуглекислотного лазера. Цей інструмент дозволяє точно наносити електронні схеми на поверхню паперу. Ключовим елементом є пергаментний папір, який завдяки особливому силіконовому покриттю має водовідштовхувальні властивості. Лазерна обробка дозволяє вибірково видаляти це покриття відповідно до заданої схеми, вивільняючи целюлозні волокна, здатні поглинати воду. Подальше заповнення цих лазерно створених мікроканалів спеціальним чорнилом на водній основі формує резистори, конденсатори, міжз’єднання та аналогові схеми.
По десятиліттю досліджень: Від біобатарей до паперових схем
“Вся ділянка, на яку потрапляє лазер, стає сприйнятливою до наших функціональних чорнил. У всіх інших місцях силіконове покриття виступає як природний ізолятор”, – пояснює професор Сокхеун Чой, керівник дослідницької групи. Ця розробка є вершиною понад десятирічних досліджень професора Чоя, якого вважають одним із засновників напрямку “паперової електроніки”. Його першочерговою метою було з’ясувати, чи може папір замінити традиційні матеріали, як-от кремній та пластик, у сфері одноразових електронних пристроїв.
Історія успіху розпочалася у 2015 році з розробки першої паперової біобатареї – компактного складаного пристрою, що генерував електрику за допомогою бактерій. Згодом команда професора Чоя представила низку інноваційних рішень: батареї у формі сюрікена, біобатареї, що активуються слиною, носимі пристрої для збору енергії з поту, а також капсульні біобатареї для використання всередині людського організму. Окрім джерел живлення, були розроблені паперові біосенсори для експрес-діагностики, виявлення резистентності до антибіотиків та моніторингу довкілля.
Професор Чой підкреслює: “Моя довгострокова мета завжди полягала у створенні повноцінної, автономної, одноразової електронної системи на папері. Ми почали з джерела живлення – біобатареї, потім перейшли до датчиків. Не вистачало лише самої схеми: резисторів, конденсаторів та міжз’єднань, які б об’єднали всі компоненти”.
Виклики та подолання обмежень
У 2024 році науковці продемонстрували першу повністю інтегровану паперову друковану плату, що включала регульовані резистори, конденсатори та транзистори на одному аркуші хроматографічного паперу. Для спрямування чорнила використовувалися трафарети з воску. Однак, ця технологія мала суттєві обмеження: віск розмивався при нагріванні, що обмежувало розмір елементів до приблизно 1 мм. Це робило неможливим зменшення розмірів мікросхем до практично значущих показників (десятки сантиметрів), що перешкоджало створенню компактних та щільно упакованих електронних конструкцій.
Думка ЧАС НОВИН: Ця розробка може стати справжнім переворотом для галузі медичної діагностики та IoT-пристроїв, пропонуючи значно дешевші та екологічніші альтернативи існуючим рішенням. Подальший розвиток цієї технології потенційно призведе до появи нових класів пристроїв, які ми зараз навіть не можемо уявити.
За матеріалами: itc.ua