At væve elektronik ind i stoffet i vores fysiske verden

(PhysOrg.com) -- Integrationen af ​​elektronik med materialer åbner op for en verden af ​​muligheder, hvis overflade lige bliver ridset. Professor Arokia Nathan er kommet til universitetet for at tiltræde en ny lærestol i ingeniørvidenskab, hvor han vil undersøge anvendelsen af ​​forskning, der giver os mulighed for at få et glimt af en verden, der konkurrerer med vores vildeste drømme om fremtiden.

De potentielle anvendelser for nanofotonik og nanoelektronik er virkelig opsigtsvækkende, antyder randen af ​​en revolution i menneske-maskine-grænseflader, der kunne gøre science fiction til en realitet. Fra interaktivt papir til tøj, der genererer energi og letvægtsmateriale med røntgenfunktioner, vævning af elektronik i byggestenene i hverdagsmaterialer vil uden tvivl påvirke, hvordan vi lever i fremtiden.

Electrical Division i Department of Engineering leder opgaven for Cambridge, både hvad angår grundforskning og anvendelse inden for industrien. Selvom forskning naturligvis er afgørende, af næsten lige så stor betydning inden for områder som nanoelektronik viser anvendelse i den virkelige verden, demonstrere teknologiens potentiale for industrien gennem prototyper, og tilskynde til investeringer fra hele verden.

For at støtte denne tilgang, universitetet har for nylig rekrutteret professor Arokia Nathan fra University College London (UCL) til en ny formand for fotoniske systemer og displays. Nathan, en af ​​verdens førende inden for udvikling af displayteknologi, vil arbejde mellem de tre primære grupper i Electrical Engineering Division (elektroniske materialer, fotonik og energi), fungerer som en kanal og katalysator for idéer og forskning.

"For mig er dette en fantastisk mulighed for at samarbejde med forskere på toppen af ​​deres spil, arbejder på denne idé om systemer, der kan integrere funktionalitet såsom kommunikation og energi i materialer for at forbedre hverdagen, ” forklarede han. En af hans primære visioner for Cambridge er grundlaget for et nyt designcenter, der skal demonstrere potentialet i denne teknologi for industrien gennem prototyper og tilskynde til investeringer fra hele verden.

I første omgang, Professor Nathan og kolleger inden for afdelingen vil udvikle elektroniske systemer, der problemfrit kan lægges på et materiale eller et underlag. såsom plast eller polyester, med indlejrede transistorer og sensorer til at sende og modtage information. Mens man var på UCL, Nathan og et team af samarbejdspartnere fra CENIMAT/FCTUNL, Portugal demonstrerede den første inverter og andre kredsløbsbyggesten på et stykke papir, repræsenterer det første skridt hen imod animerede billeder og videoer på magasinsider.

Magt er et vigtigt spørgsmål for disse processer at løse. "Hvis et blad har elektroniske displays som en integreret del af en side, så skal den dække sin egen kraft, ”Siger Nathan. ”Solenergi vil være et stort fokus i arbejdet. Jeg kan se, at det bliver almindeligt, at tøj har indlejret elektronik, der genererer energi fra solenergi og endda kropsvarme, hovedsageligt fordoblet som et batteri, der kan oplade din telefon, da den er i lommen.

Dette kunne kombineres med det, der er kendt som 'grøn udsendelse', at opbygge et billede af en person, der selvforsyner deres bærbare elektronik, mens de er på farten. "Disse bærbare enheder, som ellers ligger inaktive, kunne sende information ud med meget lave bithastigheder uden at bruge meget energi. Det kunne altid være aktivt – det er her, vores fotonikgruppe har ekspertise, " siger Nathan. "Det er let at se, hvordan disse teknologier kan appellere til større industri, fra tøjproducenter til forlag, og bestemt militæret."

Nanotråde vil være et centralt efterforskningsområde for Nathan i de kommende år. Disse strukturer har et ekstraordinært længde-til-bredde-forhold, kun få nanometer i diameter, og en meget større kapacitet i forhold til hastighed. "Ensartet spredt over store områder, ledningerne kan resultere i millioner af transistorer på et enkelt A4-ark, f.eks. " siger Nathan.

"Selvom det ikke er gjort endnu, vi vil arbejde på dette i et forsøg på at matche hastighederne på en Pentium-lignende chip, skaleret til A4. Pentium chips koster 10 dollars per kvadratcentimeter, mens en nano tyndfilmstransistor kunne koste så lidt som 10 cent per centimeter i kvadrat, et meget billigere alternativ."

Industrier som biomedicin kunne også have stor gavn af denne sammenfletning af nanoelektronik til materialer. ”Du kunne forudse et tidspunkt, hvor du kan tage røntgenstrålen til patienten frem for omvendt, " siger Nathan. "Patienter kan ligge på en overflade vævet med elektronik, så data kan udsendes direkte fra materialet. Du kunne ikke gøre dette med Pentium-lignende chips på grund af udbytte og omkostninger."

“Med disse utraditionelle materialer har du stor frihed. Vi mener, at denne tilgang til kredsløb i substrater vil føre til skabelsen af ​​smarte stoffer, og når du begynder at tænke på de mulige anvendelser, det er svært at stoppe:kirurgens handsker med smart hud, vægge i et hus, der lagrer energi og genererer store displays, magasiner med interaktiv video på siderne, enheder, der opløser toksiner i vand, bio-grænseflader i mobiltelefoner med diagnostiske muligheder, tøj, der genererer energi – mulighederne er uendelige!”