(Phys.org) — Onderzoekers die in een materiaalwetenschappelijk laboratorium werken, zien hun werk letterlijk voor hun ogen verdwijnen, maar met opzet. Ze ontwikkelen in water oplosbare geïntegreerde schakelingen die in maanden oplossen in water of biovloeistoffen, weken, of zelfs een paar dagen. Deze technologie, tijdelijke elektronica genoemd, zou toepassingen kunnen hebben voor biomedische implantaten, afvalvrije sensoren, en vele andere halfgeleiderapparaten.

De onderzoekers, geleid door John A. Rogers aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en Fiorenzo Omenetto aan de Tufts University, hebben een studie gepubliceerd in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven waarin ze de prestaties en oplostijden van verschillende halfgeleidermaterialen analyseerden.

Het werk bouwt voort op eerder onderzoek, door de auteurs en anderen, die aantoonde dat silicium - het meest gebruikte halfgeleidermateriaal in de elektronische apparaten van vandaag - kan oplossen in water. Hoewel het eeuwen zou duren om bulksilicium op te lossen, dunne lagen silicium kunnen in redelijkere tijden oplossen bij lage maar significante snelheden van 5-90 nm/dag. Het silicium lost op door hydrolyse, waarin water en silicium reageren om kiezelzuur te vormen. Kiezelzuur is ecologisch en biologisch goedaardig.

In de nieuwe studie de onderzoekers analyseerden de ontbindingskenmerken van siliciumdioxide en wolfraam, waarmee ze twee elektronische apparaten maakten:veldeffecttransistoren en ringoscillatoren.

Onder biocompatibele omstandigheden (37 °C, 7,4 pH), oplossnelheden varieerden van 1 week voor de wolfraamcomponenten, tot 3 maanden tot 3 jaar voor de componenten van siliciumdioxide. De oplossnelheden kunnen worden gecontroleerd door verschillende factoren, zoals de dikte van de materialen, de concentratie en het type ionen in de oplossing, en de methode die wordt gebruikt om het siliciumdioxide op het oorspronkelijke substraat af te zetten.

Zoals te zien is in de microscoopbeelden, de circuits lossen niet op in een uniform, laag-voor-laag modus, maar in plaats daarvan lossen sommige plaatsen sneller op dan andere. Dit komt door mechanische breuken in de kwetsbare circuits, waardoor de oplossing op sommige plaatsen meer door de lagen dringt dan op andere.

Hoewel organische elektronische materialen vaak ook biologisch afbreekbaar zijn, op silicium gebaseerde elektronica heeft de voordelen van een algehele hogere prestatie en het gebruik van complementaire metaal-oxide-halfgeleider (CMOS) fabricageprocessen die massaproductie mogelijk maken.

"De belangrijkste bevinding is dat er keuzes zijn in materialen, apparaatontwerpen en verwerkingssequenties waarmee tijdelijke elektronica kan worden geproduceerd in conventionele siliciumfabricagefaciliteiten, "Rogers vertelde" Phys.org . "Het directe gevolg is een kosteneffectieve, grootschalige route naar productie."

Transiënte elektronica zou een zeer breed scala aan nieuwe toepassingen kunnen hebben, met name op medisch gebied. Bijvoorbeeld, ze kunnen worden gebruikt om katheters te maken die oplossen; biologisch afbreekbare sensoren die de nier bewaken, hart, en longen; en in water oplosbare elektronica die bacteriële infecties na de operatie in de gaten houdt.

Wat milieutoepassingen betreft, voorbijgaande elektronica kan worden gebruikt als sensoren die gegevens verzenden van afgelegen locaties, en vervolgens degraderen in de bodem om afval te elimineren.

De onderzoekers zijn van plan om in de nabije toekomst toe te werken naar deze toepassingen.

"We werken aan het bouwen van meer geavanceerde circuits, en dat doen met commerciële gieterijen, en op back-end assemblagetechnieken waarmee deze circuits kunnen worden ingezet op een reeks biologisch afbreekbare polymeersubstraten, ' zei Rogers.

© 2015 Fys.org