IBS-wetenschappers ontwikkelden rekbare metaalcomposieten en 3D-printen ze op zachte substraten bij kamertemperatuur. Door steeds dunnere 3D-interconnecties mogelijk te maken, deze studie kan een revolutie teweegbrengen in het fysieke uiterlijk van slimme gadgets, naast het versterken van hun technische functies.

Het lijkt erop dat de dagen voorbij zijn dat je er gewoon cool uitziet als je een slim horloge om je pols gooit. De draagbare biotech-industrie heeft onlangs haar onverzadigbare honger naar futuristische artikelen onthuld. Pijnstillende bril die hersengolven monitort, vitale teken monitoring stickers, en zelfs een gedachtenleesbril. Het zijn slechts enkele van de nieuwste items die zijn besproken op de 2019 Wearable Tech, digitale gezondheid, en Neurotech Silicon Valley-conferenties. Niet zeker of al deze draagbare prototypes aanslaan, maar één ding is duidelijk:er komen er meer op het gebied van draagbare technologie. Dit grote potentieel is echter, tegengehouden door een technische beperking:deze wearables hebben nooit echt "draagbaar" gevoeld voor hun gebruikers.

Hoewel ze moesten aanvoelen als een tweede huid van de drager, het was technisch onmogelijk om "draagbare" apparaten te bedenken die comfortabel te buigen en uit te rekken zijn en die ook goede gegevensregistratiemogelijkheden behouden op een zachte en gebogen huid. Draagbare slimme apparaten verzamelen de biometingen van een persoon door elektroden op het huidoppervlak aan te sluiten. In het apparaat bevinden zich 3D-vormige elektrodebedradingen (d.w.z. onderlinge verbindingen) die elektrische signalen verzenden. Daten, niet alleen kunnen de bedradingen alleen op een harde ondergrond worden gevormd, maar ook de componenten van dergelijke verbindingen zijn delicate en nauwelijks rekbare metalen zoals goud, koper, en aluminium. In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Nano-letters , het gezamenlijke onderzoeksteam onder leiding van prof. Jang-Ung Park bij het Center for Nanomedicine binnen het Institute for Basic Science (IBS) in Daejeon, Zuid-Korea, en Prof. Chang Young Lee aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Ulsan, Zuid-Korea rapporteerde volledig transformeerbare elektrodematerialen die ook een hoge elektrische geleidbaarheid hebben. Opmerkelijk, deze nieuwe composiet is superdun, 5 micrometer in diameter, dat is de helft van de breedte van conventionele draadverlijming. Door steeds dunnere 3D-interconnecties mogelijk te maken, deze studie kan een revolutie teweegbrengen in het fysieke uiterlijk van slimme gadgets, naast het versterken van hun technische functies.

Het onderzoeksteam gebruikte vloeibare metalen (LM) als het belangrijkste substraat, omdat LM's zeer rekbaar zijn en relatief hoge geleidbaarheid hebben, vergelijkbaar met vaste metalen. Om de mechanische stabiliteit van de metaalvloeistof te verbeteren, koolstofnanobuisjes (CNT) werden uniform gedispergeerd. "Om een ​​uniforme en homogene dispersie van CNT's in vloeibaar metaal te hebben, we selecteerden platina (Pt), voor het hebben van een sterke affiniteit met zowel CNT als LM, als de mixer en het werkte, " zei Young-Geun Park, de eerste auteur van de studie.

Deze studie toonde ook een nieuwe interconnectietechnologie aan die bij kamertemperatuur een sterk geleidende 3D-structuur kan vormen:voor een hoge geleidbaarheid, het nieuwe systeem vereist geen verwarmings- of compressieproces. Ook maakt de zachte en rekbare aard van de nieuwe elektrode het gemakkelijk om met een fijne diameter door het mondstuk te komen. Het onderzoeksteam gebruikte een mondstuk voor het direct printen van verschillende 3D-patroonstructuren, zoals weergegeven in figuur 3. Park legt uit:"Het vormen van hooggeleidende 3D-verbindingen bij kamertemperatuur is een essentiële technologie die het gebruik van verschillende flexibele elektronische materialen mogelijk maakt. De draadverbindingstechnologie die in bestaande elektronische apparaten wordt gebruikt, vormt verbindingen met behulp van warmte, druk, of ultrasone golven die zachte, huidachtige apparaten. Ze vormden een grote uitdaging in het fabricageproces van hoogwaardige elektronische apparaten." Hij merkte op dat het puntige mondstuk het ook mogelijk maakt om het voorgedrukte patroon om te vormen tot verschillende 3D-structuren, waardoor een elektrode werkt als een "schakelaar" om de stroom in en uit te schakelen.

Met behulp van de directe afdrukmethode, het 3D-printen met hoge resolutie van deze composietvormen vrijstaand, draadachtige verbindingen. Deze nieuwe rekbare 3D elektrische verbindingen bestaan ​​specifiek uit superdunne draden, zo fijn als 5 micrometer. Eerdere onderzoeken naar rekbare metalen hebben alleen draadlijnen met een diameter van enkele honderden micrometers kunnen presenteren. Het nieuwe systeem is zelfs dunner dan de interconnect van conventionele wire bonding. Professor Jang-Ung Park, de corresponderende auteur van de studie merkte op, "Misschien kunnen we binnenkort afscheid nemen van die omvangrijke, op skins gebaseerde interfaces, aangezien dit vrij te transformeren, superdunne 3D-interconnectietechnologie zal een grote doorbraak betekenen in de inspanningen van de industrie om steeds compacte en slanke gadgets te produceren." Door de grens tussen het menselijk lichaam en elektrische apparaten te vervagen, deze nieuwe technologie zal de productie vergemakkelijken van meer geïntegreerde en beter presterende halfgeleidercomponenten voor gebruik in bestaande computers en smartphones, evenals voor flexibele en rekbare elektronische apparaten."