Активная электроника, которая управляет электрическими сигналами, обычно для обработки информации содержит полупроводниковые устройства. Эти компоненты требуют чистых помещений и передовых технологий производства, которые доступны только в специализированных центрах. Во время пандемии COVID-19 нехватка полупроводников привела к дефициту электроники и росту цен. Это повлияло на все сферы — от экономики до обороны. Возможность 3D-печати активных электронных устройств без полупроводников может сделать производство электроники доступным повсеместно. Исследователи из Массачусетского технологического института сделали важный шаг в создании активной электроники без полупроводников. Они напечатали на 3D-принтере предохранители, которые могут выполнять функции переключения, как транзисторы. Эти устройства не такие производительные, как полупроводниковые транзисторы, но их можно использовать для базовых операций управления, например, для регулирования скорости вращения электродвигателя.
Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник Лаборатории микросистемных технологий Массачусетского технологического института (MTL) и старший автор статьи о новых устройствах, говорит, что это позволит людям создавать умное оборудование вдали от традиционных производственных центров. Вместе с ним над этой работой трудится ведущий автор Хорхе Каньяда, аспирант факультета электротехники и информатики. Неожиданный проектПолупроводники, такие как кремний, — это материалы, свойства которых можно менять с помощью примесей. В зависимости от конструкции, кремниевый прибор может проводить или изолировать ток. Благодаря этим свойствам из кремния делают транзисторы — основу современной электроники. Исследователи не стремились создать 3D-печатные устройства без полупроводников, которые могли бы работать как кремниевые транзисторы. Этот проект вырос из другого: тогда исследователи изготавливали магнитные катушки с помощью экструзионной печати. В этом процессе принтер расплавляет нить и подает материал через сопло, создавая объект слой за слоем. Они обратили внимание на полимерную нить с наночастицами меди, которую использовали в работе. Если пропустить через материал ток, то его сопротивление резко увеличится. После прекращения подачи тока оно вернется к исходному уровню. Это свойство используют инженеры для создания транзисторов, которые работают как переключатели. Транзисторы обрабатывают двоичные данные и формируют логические вентили для вычислений. По словам Веласкеса-Гарсии, это поможет вывести аппаратное обеспечение 3D-печати на новый уровень и придаст электронному устройству «умность». Исследователи пытались воспроизвести тот же феномен с другими материалами для 3D-печати, такими как полимеры, легированные углеродом, углеродные нанотрубки и графен. Но они не смогли найти другой материал для печати, который работал бы как сбрасываемый предохранитель. Они предполагают, что частицы меди в материале разлетаются при нагревании, из-за чего сопротивление резко увеличивается. Когда материал остывает, частицы меди сближаются, а сопротивление снижается. Также исследователи считают, что полимерная основа материала при нагревании переходит из кристаллического состояния в аморфное, а при охлаждении возвращается в кристаллическое. Это явление известно как полимерный положительный температурный коэффициент. Веласкеса-Гарсия говорит:
3D-печать активной электроникиКоманда применила специальное явление, чтобы за один шаг напечатать переключатели без полупроводников для создания логических затворов. Устройства изготовлены из тонких полимерных 3D-печатных трасс с добавлением меди. В них есть пересекающиеся проводящие области, которые позволяют исследователям регулировать сопротивление, управляя напряжением переключателя. Хотя эти устройства работают не так хорошо, как кремниевые транзисторы, их можно использовать для простых функций управления и обработки данных. Например, они могут включать и выключать двигатель. Эксперименты показали, что после 4 000 циклов переключения устройства не стали работать хуже. Исследователи не могут сделать переключатели очень маленькими из-за особенностей процесса печати и свойств материала. Они могут напечатать устройства размером в несколько сотен микрон, в то время как транзисторы в современной электронике имеют диаметр всего несколько нанометров.
В отличие от производства полупроводников, эта технология использует биоразлагаемый материал, потребляет меньше энергии и производит меньше отходов. Нить полимера можно дополнить другими материалами, например, магнитными микрочастицами, которые расширяют возможности применения. Исследователи хотят использовать эту технологию для печати функциональной электроники, в том числе магнитного двигателя, используя только 3D-печать. Они также работают над улучшением процесса для создания более сложных схем. Результаты опубликованы в журнале Virtual and Physical Prototyping. 15.10.2024 |
Хайтек
NP: Создана фотонная решетка, способная манипулировать квантовыми состояниями | |
Синтетическую фотонную решетку, которая может ... |
Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония | |
Физики из Китая выяснили, что период... |
В КФУ импортозаместили катализатор, который уже используют на предприятии СИБУРа | |
Технологию производства катализатора скелетной... |
LS&A: Кремниевые метаповерхности открыли доступ к инфракрасной визуализации | |
Инфракрасная визуализация помогает лучше понят... |
ACIE: Синтезированы молекулы, обратимо меняющиеся под воздействием света и тепла | |
В эпоху облачных хранилищ мало кто создае... |
PRXQ: Создана гибридная технология исправления ошибок в квантовых вычислениях | |
Одна из главных задач в создании ква... |
V&PP: Ученые приблизились к созданию печатной активной электроники | |
Активная электроника, которая управляет электр... |
NatComm: Киригами поможет усовершенствовать антенны для беспроводных технологий | |
Будущее беспроводных технологий – от&nbs... |
MIT: С новой технологией 3D-печати — выше скорость изготовления и меньше отходов | |
Если использовать 3D-принтер специальным образ... |
Nature Methods: Ученые добились нанометрового разрешения с обычным микроскопом | |
Более простой и недорогой способ получени... |
PRL: Свет помог визуализировать магнитные домены квантовых антиферромагнитов | |
Визуализировать с помощью света магнитные... |
Science: Найден святой грааль для каталитической активации алканов | |
Новый метод активации алканов, разработанный и... |
AENM: Создан новый метод синтеза для снижения температуры спекания электролитов | |
Новый метод синтеза электролитов разработали у... |
Advanced Science: Разработан клей, отлично схватывающий во влажных условиях | |
Учёные разработали новый клей, вдохновлённые о... |
Advanced Science: Ученые предложили освободить мозг роботов для сложных задач | |
Инженеры придумали, как передавать робота... |
Открыт метод 3D-полимеризации с использованием маломощных лазерных осцилляторов | |
Прямая лазерная запись, LDW, с использова... |
SciAdv: Состоялась первая успешная демонстрация двухмедийной NV-лазерной системы | |
Измерение крошечных магнитных полей, таких как... |
В ПНИПУ нашли способ сохранить данные после тестов высокотехнологичных изделий | |
Стендовые испытания — важный этап р... |
Advanced Materials: ИИ ускоряет открытие энергетических и квантовых материалов | |
Новый инструмент на основе искусственного... |
В КНИТУ получили суперконструкционный полимер для медицины | |
Учёные сразу нескольких кафедр КНИТУ вместе с&... |
CS: Уменьшена зависимость между прочностью и возможностью переработки полимеров | |
Исследователи из Университета Осаки созда... |
В ТПУ синтезировали чистый диборид титана для ядерных реакторов | |
Учёные молодёжной лаборатории ТПУ создали... |
В МИФИ придумали, как создать более чувствительные датчики магнитного поля | |
Метод измерения магнитного поля на основе... |
Казанские физики нашли способ прогнозировать вязкость нефти | |
Учёные Института физики Казанского федеральног... |
AP: Архитектура diffraction casting вдохнет жизнь в оптические вычисления | |
Для работы искусственного интеллекта и др... |
В ПНИПУ создали модель для оптимизации термомеханической обработки материалов | |
Термомеханическая обработка металлов и сп... |
Учёные СПбГЭТУ «ЛЭТИ» усовершенствовали робота-художника | |
Учёные разработали новые алгоритмы, которые по... |
Пермские учёные нашли способ повысить надёжность аэродинамической поверхности | |
В аэрокосмической сфере используют сенсорную т... |
Science Advances: Найден новый способ увеличить эффективность солнечных батарей | |
Учёные в области материаловедения и ... |
Optics Letters: С помощью ЖК-структур созданы универсальные бифокальные линзы | |
Исследователи создали новый тип бифокальн... |