Elektroniske klistermærker til at strømline storstilet internet af ting

Milliarder af objekter lige fra smartphones og ure til bygninger, maskindele og medicinsk udstyr er blevet trådløse sensorer for deres omgivelser, udvidelse af et netværk kaldet "tingenes internet".

Efterhånden som samfundet bevæger sig i retning af at forbinde alle objekter med internettet – selv møbler og kontorartikler – skal teknologien, der gør det muligt for disse objekter at kommunikere og fornemme hinanden, skalere op.

Forskere ved Purdue University og University of Virginia har udviklet en ny fremstillingsmetode, der gør små, tyndfilm elektroniske kredsløb, der kan trækkes af fra en overflade. Teknikken eliminerer ikke kun flere fremstillingstrin og de dermed forbundne omkostninger, men giver også ethvert objekt mulighed for at fornemme sit miljø eller blive kontrolleret gennem påføring af et højteknologisk klistermærke.

Til sidst, disse klistermærker kunne også lette trådløs kommunikation. Forskerne demonstrerer evner på forskellige objekter i et papir, der for nylig er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vi kunne tilpasse en sensor, sæt den på en drone, og send dronen til farlige områder for at opdage gaslækager, for eksempel, " sagde Chi Hwan Lee, Purdue assisterende professor i biomedicinsk teknik og maskinteknik.

De fleste af nutidens elektroniske kredsløb er individuelt bygget på deres egen silicium "wafer, " et fladt og stift substrat. Siliciumwaferen kan så modstå de høje temperaturer og kemisk ætsning, der bruges til at fjerne kredsløbene fra waferen.

Men høje temperaturer og ætsning skader siliciumwaferen, tvinger fremstillingsprocessen til at rumme en helt ny wafer hver gang.

Lees nye fremstillingsteknik, kaldet "overførselsudskrivning, " reducerer produktionsomkostningerne ved at bruge en enkelt wafer til at bygge et næsten uendeligt antal tynde film, der holder elektroniske kredsløb. I stedet for høje temperaturer og kemikalier, filmen kan skrælles af ved stuetemperatur med den energibesparende hjælp af blot vand.

"Det er ligesom den røde maling på San Franciscos Golden Gate Bridge - maling skræller, fordi miljøet er meget vådt, " sagde Lee. "Så i vores tilfælde, nedsænkning af waferen og det færdige kredsløb i vand reducerer den mekaniske afskalningsbelastning markant og er miljøvenlig."

Et duktilt metallag, såsom nikkel, indsat mellem den elektroniske film og siliciumwaferen, gør afskalningen mulig i vand. Denne tyndfilmselektronik kan derefter trimmes og klæbes på enhver overflade, at give det pågældende objekt elektroniske funktioner.

Sæt et af klistermærkerne på en urtepotte, for eksempel, lavet den urtepotte, der er i stand til at mærke temperaturændringer, der kan påvirke plantens vækst.

Lees laboratorium viste også, at komponenterne i elektroniske integrerede kredsløb fungerer lige så godt før og efter de blev lavet om til en tynd film, der er skrællet fra en siliciumwafer. Forskerne brugte en film til at tænde og slukke for en LED-lysskærm.

"Vi har optimeret denne proces, så vi kan delaminere elektroniske film fra wafere på en fejlfri måde, " sagde Lee.

Denne teknologi har et ikke-foreløbigt amerikansk patent. Arbejdet blev støttet af Purdue Research Foundation, Air Force Research Laboratory (AFRL-S-114-054-002), National Science Foundation (NSF-CMMI-1728149) og University of Virginia.