Вчені з Лабораторії біоелектроніки та мікросхем Бінгемтонського університету розробили передову методику друку мікросхем на пергаментному папері.
Цей процес використовує звичайний вуглекислотний лазер для нанесення електронних схем прямо на папір. Пергаментний папір обрано через його водовідштовхувальні властивості, які забезпечені тонким силіконовим покриттям.
“Кожен раз, коли лазер взаємодіє з папером, він стає чутливим до наших спеціальних чорнил. В інших місцях силіконове покриття виступає як природний ізолятор”, — пояснює професор Сокхеун Чой, керівник дослідження.
“Лазерний малюнок визначається розміром лазерного променя і залишається чітким там, де його нанесли. Не виникає ні розтікання, ні розмиття, ні невизначеності”, – додає Чой.
Результати цього дослідження були опубліковані в журналі ACS Applied Materials & Interfaces.
Цей проєкт є кульмінацією понад десятирічних досліджень у лабораторії. Чой, один із піонерів у галузі “паперової електроніки”, з моменту свого приєднання до Бінгемтонського університету, досліджував можливості заміни кремнію та пластику папером в одноразових електронних пристроях.
“Моя довгострокова мета завжди полягала в створенні на папері повноцінної, автономної, одноразової електронної системи. Ми почали з біобатареї як джерела живлення, потім перейшли до датчиків. Відсутньою ланкою була сама схема: резистори, конденсатори та з’єднання, які інтегрують всі складові”, — зазначає Чой.
Використання лазера усуває ці обмеження. Дослідники перейшли на гідрофобний пергаментний папір замість гідрофільного хроматографічного паперу. Лазер дозволяє створювати гідрофільні канали, зменшуючи елементи мікросхем до 250 мкм у ширину з відстанню між ними лише 300 мкм.
Команда успішно продемонструвала універсальність цієї платформи, виготовивши на папері повний набір електронних компонентів, включаючи резистори, що регулюються в діапазоні трьох порядків шляхом зміни складу чорнила. Міжз’єднання мають питомий опір близько 1 Ом на 6,4 см². Конденсатори з можливістю регулювання місткості від мікрофарадів до міліфарадів. Вони також створили повнофункціональні RC-фільтри для нижніх та верхніх частот.
Чорнило, що використовується, є водним і не містить токсичних металів або органічних розчинників. Схеми є біорозкладними, розкладаючись у ґрунті протягом кількох тижнів, або можуть бути спалені за кілька секунд. Для тривалішого використання тонкий шар силікону забезпечує захист від вологи та механічних пошкоджень без впливу на електричні характеристики.
Все почалося зі створення біобатареї у 2015 році, коли команда під керівництвом Чоя створила першу паперову батарею — складаний пристрій розміром з коробку для сірників, що генерував електрику з бактерій. Згодом дослідники створили різні біобатареї та паперові біосенсори для діагностики, виявлення чутливості до антимікробних препаратів і моніторингу довкілля.
У 2024 році дослідники представили першу повністю інтегровану паперову друковану плату з регульованими резисторами, конденсаторами та транзисторами на одному аркуші хроматографічного паперу, використовуючи воскові трафарети. Ця розробка підтвердила потенціал технології, хоча виявила деякі обмеження. При нагріванні віск розмивався, що обмежувало розмір елементів до приблизно 1 мм, що заважало створенню компактних щільно упакованих конструкцій.
Практичне застосування цієї технології може включати в себе пов’язки для ран, які відстежують інфекцію, і біорозкладаються після використання, а також етикетки для товарів, які контролюють температуру і вологість у ланцюгу постачання. Загалом, потенційні застосування цієї технології дуже широкі.
Залишити відповідь