Forskare uppfinner konstiga, formförskjutande ’elektroniska bläck’ som kan ge upphov till en ny generation av flexibla prylar
Forskare har utvecklat en ny typ av ”elektronisk bläck” som kan användas för att skriva ut elektroniska kretsar som kan växla mellan styva och mjuka tillstånd när de värms upp.
Tekniken kan bana väg för nästa generations elektroniska enheter som ändrar form eller styvhet beroende på hur och var de används, från medicinska implantat som mjuknar inuti kroppen till flexibel robotik.
Bläcket kombinerar gallium, en metall som är fast vid rumstemperatur men smälter strax under kroppstemperaturen – 98,6 grader Fahrenheit (37 grader Celsius) – med en polymer-Baserat lösningsmedel som bryts ned när det försiktigt upphettas. Resultatet är ett stabilt, utskrivbart ämne som blir ledande efter uppvärmning och kan ändra dess styvhet som svar på temperaturen.
Resultaten publicerades 30 maj i tidskriften Vetenskaplig framsteg.
”Detta öppnar nya möjligheter för framtida personlig elektronik, medicintekniska produkter och robotik”, studieledare Jae-woong jeongprofessor i elektroteknik vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (Kaist), sa i en påstående.
Släkt: Unik transistor ”kan förändra elektronikvärlden tack vare nanosekundskala växlingshastigheter och vägran att slitna
De flesta elektronik faller idag i ett av två läger: styva enheter som smartphones och bärbara datorersom erbjuder prestanda och hållbarhet på bekostnad av flexibilitet; eller mjuka system som wearables, som är bekvämare att bära men kan vara svårare att tillverka exakt eller integrera med mer komplexa komponenter.
Från hårdvara till mjukkläder
Så kallad elektronik med variabel styvhet syftar till att överbrygga detta gap, vilket gör det möjligt för enheter att växla mellan hårda och mjuka tillstånd efter behov.
Gallium har länge väckt intresse för detta område på grund av hur annorlunda det beter sig i fasta och flytande former. Men att använda den för tryckt elektronik har visat sig vara svårt på grund av dess höga ytspänning och tendens att oxidera när den utsätts för luft, och bildar en slags skorpa som förhindrar att den bindas eller sprids ordentligt.
För att hantera detta utvecklade forskarna en process för att sprida mikroskopiska galliumpartiklar till en polymermatris-i huvudsak en flexibel, bläckliknande bas-med användning av ett lösningsmedel som kallas dimetylsulfoxid (DMSO).
När den tryckta kretsen är försiktigt uppvärmd bryts lösningsmedlet ned och skapar en något sur miljö. Detta avlägsnar oxidskiktet från galliumpartiklarna, vilket gör att de kan smälta och smälta samman för att bilda ledande vägar.
Det resulterande bläcket kan användas för att skriva ut funktioner så små som 50 mikrometer (0,002 tum eller 0,005 centimeter) – tunnare än ett mänskligt hår -och kan växla mellan plastliknande hårdhet och gummiaktig mjukhet efter behov. Forskarna sa att materialet blev mer än 1400 gånger mjukare när de värmdes under tester.
Teamet byggde två arbetsapparater för att visa hur Bendy -tekniken kan användas. Den ena var en bärbar hälsoapparat som uppträder som en styv bärbar elektronisk vid rumstemperatur och sedan mjuknar vid kontakt med huden för att förbättra komforten. Den andra var ett flexibelt hjärnimplantat som förblev styv under operationen så att det kunde sättas in exakt och sedan mjukas en gång inuti hjärnan för att minska irritation och inflammation.
Bläcket kan användas med vanliga tillverkningstekniker som skärmtryck och doppbeläggning, vilket innebär att det kan användas i större skala eller 3D-tryckt Elektronik i framtiden, sa forskarna.
”Kärnprestationen för denna forskning ligger i att övervinna de långvariga utmaningarna med flytande metalltryck genom vår innovativa teknik,” sade Jeong i uttalandet. ”Genom att kontrollera bläckets surhet kunde vi elektriskt och mekaniskt ansluta tryckta galliumpartiklar, vilket möjliggjorde rumstemperaturtillverkning av högupplösta, stora områden med inställbar styvhet.”
