Новости химической науки > Переключатели, напечатанные металлическими чернилами

Микроразмерные механические и электронные устройства – микроэлектромеханические системы, или МЭМС [ microelectromechanical systems (MEMS)] используются во многих электронных устройствах, например в таких как датчики движения, управляющие подушками безопасности в автомобилях или датчики движения в смартфонах.

В дальнейшее развитие работ в области МЭМС исследователи сообщают о первом МЭМС-устройстве, изготовленном с помощью струйной печати. Исследователи отмечают, что такие отпечатанные переключатели смогут со временем стать недорогой альтернативой классическим МЭМС-датчикам и другой электронике.

В настоящее время большинство МЭМС изготавливаются из кремния с помощью такой техники как литография. С методами струйной печати производители смогут скорее сократить расходы на производство электроники с помощью ее непрерывного производства на большой по площади поверхности-подложке подобно тому, как издатели печатают газеты. Такой процесс кажется более эффективным, чем производство маленьких партий электронных деталей так, как это делается с помощью существующих методов.

Этот напечатанный МЭМС-переключатель состоит из серебряного источника питания луча, прикрепленного к фиксирующей подушечке. Когда к переключателю-клапану прилагается электрическое напряжение, луч отклоняется от первоначального положения, чтобы коснуться электрода стока, и электрический ток проходит по лучу. (Рисунок из Nano Lett. 2013, DOI: 10.1021/nl4028632)

Вивек Субраманиан (Vivek Subramanian) и Тсу-Цзя Кинг (Tsu-Jae King) из Калифорнийского университета в Беркли напечатали МЭМС-переключатели длиной 450 микрометра и шириной 2,25 микрометра. Для этого исследователи применили чернила, содержащие наночастицы серебра. Каждый из выключателей, похожий на трамплин для прыжков в воду, состоит из свободнонесущего переключателя-клапана, закрепленного на одном электроде и наведенного на другой. Когда к устройству прилагается электрическое напряжение, появляющееся в результате этого электрическое поле понижает напряжение свободного конца электрода-клапана, таким образом, что он касается второго электрода, замыкая при этом цепь переключателя и позволяя электрическому току течь через схему. Когда напряжение снимается, элекьтрод возвращается в исходное положение, выключая устройство.

В процессе получения печатного МЭМС исследовательская группа впервые применила технику, основанную на том, что первоначально происходит печать серебряных электродов и затем в систему добавляется слой полимера, выступающий в качестве временных лесов, фиксирующих электрод в определенном положении в то время, пока печатается второй электрод. После печати и регулировки второго электрода полимерный шаблон растворяют в ацетоне.

МЭМС-переключатели характеризуются надежными состояниями «включено» и «выключено»: в состоянии «включено» переключатели обладают низким сопротивлением; в состоянии «выключено» сопротивление настолько высоко, что проводимость системы просто не удалось измерить. К сожалению, у напечатанных МЭМС низкая износостойкость. Они могут включаться и выключаться только 100000 раз до износа и разрушения.

Анант Додабалапур (Ananth Dodabalapur) из Техасского университета в Остине, говорит, что даже несмотря на такие эксплуатационные характеристики нового МЭМС устройства, группа исследователей из Беркли (Berkeley) внесла существенный вклад в развитие прикладных методов струйной печати.

Источник: Nano Lett. 2013, DOI: 10.1021/nl4028632

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #электрохимия