Новая технология 3D-соединений для носимой биоэлектроники будущего

Ученые из Института фундаментальных наук (IBS) разработали растяжимые металлические композиты и напечатали их на мягких подложках при комнатной температуре с помощью 3D-печати. Эта технология позволяет создавать сверхтонкие 3D-соединения, что может революционизировать внешний вид умных устройств и улучшить их технические функции.

Потенциал носимых технологий, таких как очки для снятия боли, мониторящие мозговые волны, или наклейки для отслеживания жизненных показателей, сдерживался техническим ограничением: устройства не были по-настоящему удобными для ношения. Они должны были ощущаться как вторая кожа, но было невозможно создать комфортные, гибкие и растяжимые устройства, сохраняющие способность к качественной записи данных на мягкой и изогнутой коже.

Внутри таких устройств находятся 3D-электродные соединения (интерконнекты), передающие электрические сигналы. До сих пор такие соединения можно было формировать только на твердой поверхности, используя хрупкие и слаборастяжимые металлы, такие как золото, медь и алюминий.

В исследовании, опубликованном в журнале Nano Letters, совместная группа под руководством профессора Jang-Ung Park (Центр наномедицины IBS) и профессора Chang Young Lee (UNIST) представила полностью трансформируемые электродные материалы с высокой электропроводностью. Новый композит сверхтонкий — 5 микрометров в диаметре, что вдвое меньше ширины обычного проволочного соединения.

Ключевые особенности технологии

• Материал: В качестве основной подложки использованы жидкие металлы (LM) из-за их высокой растяжимости и относительно высокой проводимости, сравнимой с твердыми металлами. Для улучшения механической стабильности в жидкий металл равномерно диспергировали углеродные нанотрубки (CNT). Для обеспечения однородной дисперсии в качестве смесителя использовали платину (Pt), обладающую сильным сродством как к CNT, так и к LM.
• Процесс: Новая технология соединений позволяет формировать высокопроводящую 3D-структуру при комнатной температуре, без процессов нагрева или сжатия. Мягкая и растяжимая природа нового электрода позволяет ему легко проходить через сопло малого диаметра.
• Печать: Используя метод прямой печи, исследователи продемонстрировали высокоточную 3D-печать свободно стоящих проволочно-подобных соединений диаметром всего 5 мкм. Предыдущие исследования представляли линии диаметром в несколько сотен микрометров.

Значение и перспективы

Профессор Jang-Ung Park отметил: «Скоро мы, возможно, сможем попрощаться с громоздкими интерфейсами на коже, поскольку эта свободно трансформируемая, сверхтонкая технология 3D-соединений станет большим прорывом в усилиях отрасли по производству все более компактных и тонких устройств».

Эта технология стирает границу между человеческим телом и электронными устройствами и будет способствовать производству более интегрированных и высокопроизводительных полупроводниковых компонентов как для обычных компьютеров и смартфонов, так и для гибкой и растяжимой электроники.