Ny 3D-sammenkoblingsteknologi til fremtidig bærbar bioelektronik

IBS-forskere udviklede strækbare metalkompositter og 3D-printede dem på bløde underlag ved stuetemperatur. Ved at muliggøre stadigt slankere 3D-forbindelser, denne undersøgelse kan hjælpe med at revolutionere det fysiske udseende af smarte gadgets, ud over at forstærke deres tekniske funktioner.

Det ser ud til, at dagene er gået, hvor bare du smider et smart ur på dit håndled, så du ser sej ud. Den bærbare bioteknologi har for nylig afsløret sin umættelige sult efter futuristiske genstande. Smertelindringsbriller, der overvåger hjernebølger, klistermærker til overvågning af vitale tegn, og endda sind læsebriller. De er kun få af de seneste emner, der blev diskuteret på Wearable Tech 2019, Digital sundhed, og Neurotech Silicon Valley -konferencer. Ikke for at være sikker på, om alle disse bærbare prototyper kan fange, men en ting er klar:der er flere, der kommer inden for bærbar teknologi. Dette store potentiale har været, imidlertid, holdt tilbage af en teknisk begrænsning:disse wearables har aldrig rigtig følt sig "bærbare" for deres brugere.

Selvom de skulle føles som en anden hud af brugeren, det har teknisk set været umuligt at udtænke "bærbare" enheder, der er behagelige at bøje og strække og også bevarer gode dataregistreringsmuligheder på blød og buet hud. Bærbare smarte enheder samler en persons biomålinger ved at forbinde elektroder til hudens overflade. Inde i enheden er 3-D-formede elektrodekabler (dvs. sammenkoblinger), der sender elektriske signaler. Til dato, ikke kun kan ledningerne kun dannes på en hård overflade, men også komponenterne i sådanne sammenkoblinger sarte og næppe strækbare metaller såsom guld, kobber, og aluminium. I et papir, der blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Nano bogstaver , det fælles forskerhold ledet af prof. Jang-Ung Park ved Center for Nanomedicine inden for Institute for Basic Science (IBS) i Daejeon, Sydkorea, og professor Chang Young Lee ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Ulsan, Sydkorea rapporterede fuldt transformerbare elektrodematerialer, der også har en høj elektrisk ledningsevne. Især denne nye komposit er supertynd, 5 mikrometer i diameter, hvilket er halvdelen af ​​bredden af ​​konventionel trådbinding. Ved at muliggøre stadigt slankere 3D-forbindelser, denne undersøgelse kan hjælpe med at revolutionere det fysiske udseende af smarte gadgets, ud over at forstærke deres tekniske funktioner.

Forskergruppen brugte flydende metaller (LM) som hovedsubstrat, da LM'er er meget strækbare og har relativt høje ledningsevner, der ligner faste metaller. For at forbedre den mekaniske stabilitet af metalvæsken, carbon nanorør (CNT) blev dispergeret ensartet. "At have en ensartet og homogen spredning af CNT'er i flydende metal, vi valgte platin (Pt), for at have en stærk affinitet til både CNT og LM, som mixer og det virkede, "sagde Young-Geun Park, undersøgelsens første forfatter.

Denne undersøgelse demonstrerede også en ny sammenkoblingsteknologi, der kan danne en meget ledende 3D-struktur ved stuetemperatur:For at have en høj ledningsevne, det nye system kræver ingen opvarmning eller komprimering. Den bløde og strækbare karakter af den nye elektrode gør det også let at komme igennem dysen i en fin diameter. Forskergruppen brugte en dyse til direkte udskrivning af forskellige 3D-mønsterstrukturer som vist i figur 3. Park forklarer, "Dannelse af høj-ledningsevne 3-D-forbindelser ved stuetemperatur er en vigtig teknologi, der muliggør brug af forskellige fleksible elektroniske materialer. Trådbindingsteknologien, der bruges i eksisterende elektroniske enheder, danner sammenkoblinger ved hjælp af varme, tryk, eller ultralydsbølger, der kan beskadige bløde, hudlignende enheder. De har været en stor udfordring i fremstillingsprocessen for højtydende elektroniske enheder. "Han bemærkede, at den spidse dyse også tillader omformning af det fortrykte mønster til forskellige 3D-strukturer, således at en elektrode fungerer som en "switch" til at tænde og slukke for strømmen.

Ved hjælp af den direkte udskrivningsmetode, den højopløselige 3-D-udskrivning af denne komposit danner fritstående, trådlignende forbindelser. Denne nye strækbare 3-D elektriske sammenkoblinger består specifikt af supertynde ledninger, så fint som 5 mikrometer. Tidligere undersøgelser af strækbare metaller har kun været i stand til at præsentere trådlinjer på flere hundrede mikrometer i diameter. Det nye system er endnu tyndere end sammenkoblingen af ​​konventionel trådbinding. Professor Jang-Ung Park, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen bemærkede, "Vi kan snart snart sige farvel til de omfangsrige hudbaserede grænseflader, da denne frit transformerbare, supertynde 3D-sammenkoblingsteknologi vil komme som et stort gennembrud for branchens bestræbelser på at producere kompakte og slanke gadgets. "Slør grænsen mellem menneskekroppen og elektriske enheder, denne nye teknologi vil lette produktionen af ​​mere integrerede og mere effektive halvlederkomponenter til brug i eksisterende computere og smartphones, såvel som for fleksible og strækbare elektroniske enheder. "