Figura 1-1 Resumen gráfico del trabajo. Los nanotubos de carbono con decoración de platino (Pt) muestran una alta afinidad con los metales líquidos (izquierda), y da como resultado la dispersión uniforme de nanotubos de carbono en metal líquido, formando compuesto de metal estirable (medio). El compuesto de metal estirable tiene propiedades mecánicas superiores que el metal líquido prístino, y, por lo tanto, se ajusta para ser modelado como consistentemente fino (es decir, alta resolución), Estructuras 3D (derecha). Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Los científicos de IBS desarrollaron compuestos de metal extensibles y los imprimieron en 3D sobre sustratos blandos a temperatura ambiente. Al permitir interconexiones 3D cada vez más delgadas, este estudio puede ayudar a revolucionar la apariencia física de los dispositivos inteligentes, además de reforzar sus funciones técnicas.
Parece que se acabaron los días en los que el simple hecho de llevar un reloj inteligente en la muñeca te hace lucir genial. La industria de la biotecnología portátil ha revelado recientemente su insaciable hambre de artículos futuristas. Gafas para aliviar el dolor que monitorean las ondas cerebrales, pegatinas de seguimiento de signos vitales, e incluso lentes para leer la mente. Son solo algunos de los últimos elementos discutidos en la tecnología Wearable 2019, Salud digital, y conferencias de Neurotech Silicon Valley. No estoy seguro de si todos estos prototipos portátiles pueden ponerse de moda, pero una cosa está clara:hay más por venir en el campo de la tecnología portátil. Este gran potencial ha sido, sin embargo, retenidos por una restricción técnica:estos dispositivos portátiles nunca se han sentido realmente "portátiles" para sus usuarios.
Aunque se suponía que debían sentirse como una segunda piel del usuario, Ha sido técnicamente imposible diseñar dispositivos "portátiles" que sean cómodos de doblar y estirar y que también mantengan buenas capacidades de registro de datos en pieles suaves y curvas. Los dispositivos inteligentes portátiles recopilan las mediciones biológicas de una persona conectando electrodos a la superficie de la piel. Dentro del dispositivo hay cables de electrodos en forma de 3-D (es decir, interconexiones) que transmiten señales eléctricas. Hasta la fecha, no solo los cables solo se pueden formar sobre una superficie dura, pero también los componentes de tales interconexiones metales delicados y apenas estirables como el oro, cobre, y aluminio. En un artículo publicado hoy en la revista Nano letras , el equipo de investigación conjunto dirigido por el profesor Jang-Ung Park en el Centro de Nanomedicina del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en Daejeon, Corea del Sur, y el profesor Chang Young Lee del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en Ulsan, Corea del Sur informó sobre materiales de electrodos totalmente transformables que también presentan una alta conductividad eléctrica. Notablemente, este compuesto novedoso es superfino, 5 micrómetros de diámetro, que es la mitad del ancho de la unión de alambre convencional. Al permitir interconexiones 3D cada vez más delgadas, este estudio puede ayudar a revolucionar la apariencia física de los dispositivos inteligentes, además de reforzar sus funciones técnicas.
Figura 1-2 Fotografías de metal líquido (izquierda), metal líquido con nanotubos de carbono sin platino (Pt) (centro), compuesto de metal estirable con decoración de Pt en la superficie de nanotubos de carbono (derecha). El platino (Pt) permite la dispersión uniforme de nanotubos de carbono en una matriz de metal líquido. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
El equipo de investigación utilizó metales líquidos (LM) como sustrato principal, ya que los LM son altamente estirables y tienen conductividades relativamente altas similares a los metales sólidos. Para mejorar la estabilidad mecánica del líquido metálico, Los nanotubos de carbono (CNT) se dispersaron uniformemente. "Tener una dispersión uniforme y homogénea de NTC en metal líquido, seleccionamos platino (Pt), por tener una fuerte afinidad tanto con CNT como con LM, como la batidora y funcionó, "dijo Young-Geun Park, el primer autor del estudio.
Este estudio también demostró una nueva tecnología de interconexión que puede formar una estructura 3-D altamente conductora a temperatura ambiente:por tener una alta conductividad, el nuevo sistema no requiere ningún proceso de calentamiento o compresión. Además, la naturaleza suave y elástica del nuevo electrodo facilita el paso a través de la boquilla con un diámetro fino. El equipo de investigación utilizó una boquilla para la impresión directa de varias estructuras de patrones 3-D como se muestra en la Figura 3. Park explica:"La formación de interconexiones tridimensionales de alta conductividad a temperatura ambiente es una tecnología esencial que permite el uso de varios materiales electrónicos flexibles. La tecnología de unión de cables utilizada en los dispositivos electrónicos existentes forma interconexiones utilizando calor, presión, u ondas ultrasónicas que pueden dañar el suave, dispositivos similares a la piel. Han sido un gran desafío en el proceso de fabricación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento ". Señaló que la boquilla puntiaguda también permite remodelar el patrón preimpreso en varias estructuras 3-D, por lo tanto, hacer que un electrodo funcione como un "interruptor" para encender y apagar la energía.
Figura 2:Ilustración esquemática del sistema de impresión 3D de compuesto de metal estirable. El sistema de impresión consta de una boquilla puntiaguda conectada a un depósito de tinta lleno de compuesto de metal estirable, un controlador de presión, y etapa de movimiento de cinco ejes con movimientos automáticos en x, y, ejes z y dos ejes basculantes en el plano xy. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Figura 3-1 Micrografías estereoscópicas de compuestos metálicos estirables impresos en una estructura 3D similar a un chip electrónico de material blando (caucho de silicona). Las barras de escala son 100 µm. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Figura 3-2 Ilustraciones esquemáticas (izquierda) e imágenes microscópicas de barrido electrónico (derecha) de varias estructuras 3D de compuestos metálicos estirables impresos. La interconexión 3D puede superponerse. Las barras de escala son de 100 µm. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Usando el método de impresión directa, la impresión en 3-D de alta resolución de este compuesto forma independiente, interconexiones en forma de alambre. Estas nuevas interconexiones eléctricas 3-D extensibles consisten específicamente en cables superdelgados, tan fino como 5 micrómetros. Los estudios anteriores sobre metales estirables solo han podido presentar líneas de alambre de varios cientos de micrómetros de diámetro. El nuevo sistema es incluso más delgado que la interconexión de la unión por cable convencional. Profesor Jang-Ung Park, el autor correspondiente del estudio señaló, "Es posible que pronto podamos despedirnos de esas voluminosas interfaces basadas en aspectos, ya que este La tecnología de interconexión 3-D superdelgada supondrá un gran avance en los esfuerzos de la industria por producir dispositivos cada vez más compactos y delgados ". Desdibujando la frontera entre el cuerpo humano y los dispositivos eléctricos, esta nueva tecnología facilitará la producción de componentes semiconductores más integrados y de mayor rendimiento para su uso en computadoras y teléfonos inteligentes existentes, así como para dispositivos electrónicos flexibles y extensibles ".
