Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa

Iho, joka pystyy sieppaamaan nopeasti ja samanaikaisesti lukemattomia signaaleja, on yksi maailman tehokkaimmista ”elektronisista” järjestelmistä. Se sisältää 3000 aistisolua neliösenttimetriä kohti ja se antaa meille tietoja ympäristömme lämpötilasta, kosteudesta ja paineesta. Se on myös venyvä, biohajoava, itsestään parantuva ja itsenäinen.

Nämä kadehdittavat ominaisuudet ovat tehneet elektronisen ”ihon” luomisen monien tutkijoiden, myös Stanfordin yliopiston Zhenan Baon tavoitteeksi, joka on työskennellyt ongelman parissa kahden vuosikymmenen ajan.

Baon viimeisin työ aiheesta on menetelmä joustavien transistorien suurtiheän matriisin valmistamiseksi. Menetelmällä voi koota 42 000 transistoria materiaalin neliösenttimetriä kohti. Saavutettu tiheys on yli kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin muilla tekniikoilla saavutettavissa oleva tiheys.

Baon ja hänen kollegoidensa kehittämä menetelmä tuottaa kahden mikrometrin transistoreita puolijohtavista polymeereistä ultraviolettivaloa käyttäen.

Ensimmäinen vaihe on päällystää piikiekko vesiliukoisella materiaalilla ja sitten venyvällä, inertillä materiaalilla, joka toimii "ihon" pohjana. Tämän päälle tulee noin 150 nm paksuinen kerros johtavaa polymeeriä, johon luodaan kuvioita ultraviolettivalolla ja maskeilla. Valotetut alueet muodostavat sidoksia polymeerien välille. Erilaisten kuviointi- ja pesuvaiheiden avulla luodaan transistorien dielektriset, puolijohtavat ja lähde/nielu ominaisuudet. Lopuksi iho irrotetaan kiekosta liuottamalla vesiliukoinen kerros, mikä vapauttaa ihomaisen venyvän järjestelmän.

Korealaisten tutkijoiden mielestä venyvyyden ja ohuuden lisäksi ihoelektroniikka vaatii johteita, jotka toteuttavat metallimaisen johtavuuden.

Professorien Hyeon Taeghwanin ja Kim Dae-Hyeongin johdolla Institute for Basic Sciencen (IBS) tutkijat julkistivat uuden menetelmän komposiittimateriaalin valmistamiseksi nanomembraanin muodossa. Uusi komposiittimateriaali koostuu metallisista nanolangoista, jotka on pakattu tiiviisti yksikerroksiseen erittäin ohueen kumikalvoon.

Tämä uusi materiaali valmistettiin käyttämällä prosessia, jonka tiimi kehitti ja kutsuu "kelluntakokoonpanon menetelmäksi". Se hyödyntää Marangoni -vaikutusta, joka esiintyy kahdessa nestefaasissa, joilla on erilaiset pintajännitykset. Pintajännityksiä ja erilaisia liuosprosesseja hyödyntäen saavutetaan rakenne, joka mahdollistaa tehokkaan 1000 % venytyksen erittäin ohuessa 250 nanometrin paksuisessa kumikalvossa.

Rakenne mahdollistaa myös kylmähitsauksen ja nanokalvon kaksikerroksisen pinoamisen toisiinsa, mikä johtaa metallimaiseen johtavuuteen yli 100 000 S/cm. Lisäksi tutkijat osoittivat, että nanomembraani voidaan kuvioida käyttämällä fotolitografiaa.

Vaikka tässä työssä esiteltiin komposiittimateriaalia, joka koostui hopeananolangoista SEBS-kumin sisällä, menetelmässä on mahdollista käyttää myös magneettisia ja puolijohteisia nanomateriaaleja sekä erilaisia elastomeerejä.

Aiheesta aiemmin:

Elektronista ihoa ja näyttöjä

Keinotekoinen ihon kaltainen hermojärjestelmä