Papertronics: бумажная электроника как биоразлагаемая альтернатива традиционным схемам

В связи с развитием Интернета вещей, который объединяет всё большее количество умных устройств в единую сеть, актуализируется потребность в биоразлагаемой электронике.

Профессор Бингемтонского университета Сокхун «Шон» Чой получил грант в размере $400 000 от Национального научного фонда в 2023 году для дальнейших исследований интегрированной бумажной электроники, которая получила общее название «Бумагатроника» (Papertronics). Опубликованная научная работа демонстрирует последние достижения, которые могут радикально изменить способы мониторинга окружающей среды.

Как отметил Чой, основная проблема использования бумаги для электроники заключается в её высокой пористости и шероховатости. Такие характеристики полезны для бумажных жидкостных устройств, но для электроники представляют серьёзную проблему. Для решения таких проблем ранее использовалась ламинированная бумага с прикреплёнными к ней электронными компонентами, что сохраняло гибкость бумаги, но не полностью использовало её потенциал.

Процесс разложения бумажной микросхемы за 3 недели

Группа ученых во главе с Чой использовала преимущества бумаги, сочетая функциональные чернила, капиллярное действие, распределяющее чернила внутри бумаги, и гидрофобные восковые узоры, формирующие границы для цепей.

Полностью интегрированные настраиваемые резисторы, конденсаторы и транзисторы становятся частью бумажных основ, что позволяет создавать полные бумажные схемы. Их можно складывать и стопками укладывать, создавая многослойные печатные платы, причём все они биоразлагаемы.

Чой подчеркнул, что новый метод изготовления является значительным улучшением по сравнению с последними разработками в области печатных бумажных плат в 2022 году, когда все три компонента, помещенные на одном листе бумаги, не были широко настраиваемы. Исследователи не могли получить конкретные значения сопротивления или емкости. Также приходилось использовать некоторые неразлагаемые материалы.

Чой думает о следующих шагах для адаптации бумажных электронных устройств к более широкому использованию. Среди основных задач выделяются техники упаковки для долгосрочной работы устройств, а также разработка других типов электронных компонентов, таких как индуктивности, диоды или дисплеи, с улучшенными плотностью и производительностью.