Jaunā laikmeta elektronika: Drukāta, pārstrādājama un submikronu izmēros
ASV zinātnieki no Djūka universitātes ir radījuši pavērsiena punktu elektronikas ražošanā, demonstrējot iespēju drukāt pilnvērtīgu un otrreizēji pārstrādājamu elektroniku, kas ir mazāka par 10 mikrometriem. Šis inovatīvais process sola ne tikai revolucionizēt displeju tehnoloģiju tirgu, kura vērtība tiek mērīta 150 miljardos dolāru, bet arī ievērojami samazināt negatīvo ietekmi uz vidi.
Pārvarot ražošanas izaicinājumus
Profesors Ārons Franklins, kurš vada elektrotehnikas, skaitļošanas tehnikas un ķīmijas departamentu Djūka universitātē, uzsver nepieciešamību pēc transformatīvām tehnoloģijām, lai ASV stiprinātu savas pozīcijas globālajā tirgū, kur dominē starptautiski konkurenti. “Mūsu process ļauj drukāt oglekļa bāzes tranzistorus, kurus iespējams pilnībā pārstrādāt un kuri nodrošina veiktspēju, kas salīdzināma ar nozares standartiem. Tas ir ļoti daudzsološi rezultāti, lai tos ignorētu,” norāda Franklin. Šī inovācija sniedz cerību ne tikai uz ekoloģiskāku ražošanu, bet arī uz spēcīgāku vietējo tehnoloģisko bāzi.
Displeju revolūcija un ekoloģiskais aspekts
Mūsdienās displeji ir neatņemama mūsu ikdienas sastāvdaļa, sākot no viedtālruņiem un televizoriem līdz pat automašīnu informācijas paneļiem. Lielākā daļa šo displeju tiek ražoti Dienvidkorejā, Ķīnā vai Taivānā. Tomēr esošā ražošanas metožu ekoloģiskais pēdas nospiedums ir ievērojams – tas ietver gan ievērojamus siltumnīcefekta gāzu izmešus, gan milzīgu enerģijas patēriņu, ko rada vakuuma apstrāde. Turklāt, saskaņā ar ANO datiem, mazāk nekā ceturtā daļa no miljoniem tonnu elektronisko atkritumu, kas tiek izmesti katru gadu, tiek pārstrādāta. Šī jaunā tehnoloģija piedāvā cerīgu risinājumu šiem nopietnajiem vides jautājumiem.
Precizitāte mikronu pasaulē
Pirms dažiem gadiem Franklina laboratorijas darbinieki izstrādāja pasaulē pirmo pilnībā pārstrādājamas elektronikas drukas procesu. Lai gan iepriekšējā metode, izmantojot aerosols drukāšanu, ļāva veidot elementus, kuru izmērs nepārsniedza 10 mikrometrus, jaunais pētījums, ko veica kopā ar Hummink Technologies, ir pārvarējis šos ierobežojumus. Zinātnieki izmanto augstas precizitātes kapilārās drukas iekārtas, kas balstās uz virsmas enerģijas pielietošanu, lai precīzi dozētu un izdalītu ļoti mazas tintes daļiņas. Šī pieeja nodrošina arī izcilu uzsūkšanas spēju, jo šķidrums tiek efektīvi iesūknēts šaurajās spraugās starp materiāla šķiedrām.
Oglekļa bāzes tintes un to potenciāls
Pētnieki ir izmantojuši trīs veidu oglekļa tintes, kas iegūtas no oglekļa nanodalciņiem, grafēna un nanolielulozes. Šīs tintes viegli uzklājas gan uz stingrām pamatnēm, piemēram, stikla un silīcija, gan uz elastīgākiem materiāliem, piemēram, papīra vai citiem ekoloģiski draudzīgiem virsmām. Testa rezultāti apliecina, ka jaunās tintes un iekārtu kombinācija nodrošina efektīvu elementu drukāšanu desmitiem mikrometru garumā ar nelielām, pat submikronu izmēra atstarpēm starp tiem. Šīs mazās atstarpes veido plānslāņu oglekļa tranzistoru kanālu garumu, un mazāki izmēri tieši ietekmē augstākus elektriskos rādītājus. Tieši šādi tranzistori veido visu plakano displeju vadības aizmuguri.
Nākotnes perspektīvas tehnoloģiju tirgū
“Šādi ražošanas veidi nekad neaizstās augstas veiktspējas silīcija bāzes datoru mikroshēmas, taču ir citi tirgi, kur tie var kļūt konkurētspējīgi un pat revolucionāri,” norāda Ārons Franklins. Katrs displejs satur milzīgu klāstu mazu plānslāņu tranzistoru, kas kontrolē katru pikseli. Kamēr OLED displeji patērē vairāk enerģijas un prasa vismaz divus tranzistorus uz vienu pikseli, šķidro kristālu displejiem (LCD) pietiek ar vienu. Iepriekšējie pētījumi jau parādīja, ka ar šo metodi drukātie tranzistori spēj kontrolēt vairākus pikseļus LCD displejā. Franklina ieskatā, jaunie plānslāņu tranzistori ir tuvu OLED displeju veiktspējas rādītājiem, kas sniedz vēl vairāk cerību uz šīs tehnoloģijas plašu pielietojumu.
Pētījuma rezultāti ir publicēti prestižajā žurnālā Nature Electronics.