USB-flashstations zijn al veelvoorkomende accessoires in kantoren en universiteitscampussen. Maar dankzij de opkomst van printbare elektronica, digitale opslagapparaten zoals deze kunnen binnenkort overal zijn, ook op onze boodschappen, pillenflesjes en zelfs kleding.

Onderzoekers van de Duke University hebben ons dichter bij een toekomst van goedkope, flexibele elektronica door een nieuw "spray-on" digitaal geheugenapparaat te creëren met alleen een spuitbusprinter en nanodeeltjesinkten.

Het apparaat, wat analoog is aan een 4-bit flash drive, is het eerste volledig bedrukte digitale geheugen dat geschikt zou zijn voor praktisch gebruik in eenvoudige elektronica zoals omgevingssensoren of RFID-tags. En omdat het bij relatief lage temperaturen wordt gestraald, het zou kunnen worden gebruikt om programmeerbare elektronische apparaten te bouwen op buigbare materialen zoals papier, kunststof of stof.

"We hebben alle parameters waarmee dit voor een praktische toepassing kan worden gebruikt, en we hebben zelfs onze eigen kleine demonstratie gedaan met LED's, " zei Duke afgestudeerde student Matthew Catenacci, die het apparaat beschrijft in een paper die op 27 maart online is gepubliceerd in de Tijdschrift voor elektronische materialen .

De kern van het nieuwe apparaat die ongeveer zo groot is als een postzegel, is een nieuw op koper-nanodraad gebaseerd afdrukbaar materiaal dat in staat is om digitale informatie op te slaan.

"Geheugen is een soort abstract ding, maar in wezen is het een reeks enen en nullen die je kunt gebruiken om informatie te coderen, " zei Benjamin Wiley, een universitair hoofddocent scheikunde aan Duke en een auteur op het papier.

De meeste flashdrives coderen informatie in series van siliciumtransistors, die in een geladen toestand kan bestaan, overeenkomend met een "een, " en een ongeladen staat, overeenkomend met een "nul, ' zei Willy.

Het nieuwe materiaal, gemaakt van met silica gecoate koperen nanodraden ingekapseld in een polymeermatrix, codeert informatie niet in staten van lading, maar in plaats daarvan in staten van weerstand. Door een kleine spanning aan te leggen, het kan worden geschakeld tussen een staat van hoge weerstand, die elektrische stroom stopt, en een toestand van lage weerstand, waardoor stroom kan vloeien.

En, in tegenstelling tot silicium, de nanodraden en het polymeer kunnen worden opgelost in methanol, het creëren van een vloeistof die door het mondstuk van een printer kan worden gespoten.

"We hebben een manier ontwikkeld om het hele apparaat afdrukbaar te maken vanuit de oplossing, dat is wat je zou willen als je het op stoffen zou willen toepassen, RFID-tags, gebogen en flexibele ondergronden, of substraten die niet tegen hoge temperaturen kunnen, ' zei Willy.

Om het apparaat te maken, Catenacci gebruikte voor het eerst commercieel verkrijgbare gouden nanodeeltjesinkt om een ​​reeks gouden elektroden op een glasplaatje te printen. Vervolgens drukte hij het koper-nanodraad geheugenmateriaal over de gouden elektroden, en ten slotte een tweede reeks elektroden geprint, deze keer in koper.

Om een ​​eenvoudige toepassing te demonstreren, Catenacci verbond het apparaat met een circuit met vier led-lampjes. "Omdat we vier bits hebben, we zouden zestien verschillende toestanden kunnen programmeren, ' zei Catenacci, waarbij elke "staat" overeenkomt met een specifiek lichtpatroon. In een real-world applicatie, elk van deze toestanden kan worden geprogrammeerd om overeen te komen met een nummer, brief, of een ander displaysymbool.

Hoewel andere onderzoeksgroepen de afgelopen jaren soortgelijke afdrukbare geheugenapparaten hebben gefabriceerd, dit is de eerste die belangrijke eigenschappen combineert die nodig zijn voor praktisch gebruik. De schrijfsnelheid, of tijd die nodig is om heen en weer te schakelen tussen staten, is ongeveer drie microseconden, evenaren de snelheid van flash drives. Uit hun tests blijkt dat schriftelijke informatie tot tien jaar kan worden bewaard, en het materiaal kan vele malen worden herschreven zonder degradatie.

Hoewel deze apparaten niet snel digitale foto's of muziek zullen opslaan - daarvoor is hun geheugencapaciteit veel te klein - kunnen ze nuttig zijn in toepassingen waar lage kosten en flexibiliteit essentieel zijn, zeggen de onderzoekers.

"Bijvoorbeeld, op dit moment coderen RFID-tags gewoon een bepaald productnummer, en ze worden meestal gebruikt voor het opnemen van inventaris, ", zei Wiley. "Maar steeds meer mensen willen ook vastleggen in welke omgeving dat product voelde, zoals:werd dit medicijn altijd op de juiste temperatuur bewaard? Een manier waarop deze kunnen worden gebruikt, is om slimmere RFID-tags te maken die hun omgeving kunnen detecteren en de toestand in de loop van de tijd kunnen registreren."