Придуманы электронные устройства, растворяющиеся в воде
Исчезновение электронного устройства может и не быть желательным, если это смартфон или планшет, но подобная технология может вывести на новый уровень экологические датчики и биологически совместимые медицинские имплантаты, которые должны функционировать во влажной, жаркой или холодной среде, которая обычно несовместима с любой электроникой.
Вместо того, чтобы делать электронные приборы более долговечными, команда ученых разработала компьютерные элементы, которые исчезают, не оставляя и следа, после того, как их функция выполнена.
«Есть электронные устройства, которые разрабатываются в диагностических или терапевтических целях и нужны до тех пор, пока не заживет рана или пока не срастется сломанная кость», – говорит профессор Джон Роджерс из Университета Иллинойса, соавтор статьи в журнале Science, где описывается исследование.
«Стало очевидно, что существует способ решения проблемы долгосрочной биологической совместимости. Нужно было сделать такое устройство, которое бы рассосалось, исчезло или распалось в теле после того, как его полезная функция осуществлена», – говорит ученый.
Роджерс называет данную технологию «временной электроникой».
Исследователи начали делать тонкие наномембраны из покрытого шелком кремния, который они использовали в качестве полупроводника, магний для электродов и межкомпонентных соединений и окись магния для схем и межслойных диэлектриков. Цель состояла в том, чтобы каждый используемый элемент жил не более суток.
Фокус с исчезновением был осуществим, потому что использовались элементы из натуральных материалов, но большую роль также сыграла их ультратонкая структура. Обычно кремнию требуется довольно длительное время для распада – например, 100 лет для кремниевой пластины. Но наномембраны, используемые в данном проекте, были достаточно тонкими, чтобы можно было говорить о неделях или даже днях.
Покрытие, сделанное из растворенного и повторно кристаллизованного шелка, препятствовало слишком быстрому распаду мембраны. Варьируя толщиной шелкового покрытия, можно управлять «продолжительностью жизни» временного устройства в зависимости от его применения.
«Как только начинаешь думать об устройствах, которые распадаются и исчезают в теле, следующее, что приходит в голову, – исследования окружающей среды», – говорит Роджерс.
Экологические мониторы могли бы использоваться во многих ситуациях, например, для проведения измерений после химического выброса, при сборе метеорологических данных или для измерения качества воздуха. Можно было бы встраивать сенсоры в компьютерные устройства, чтобы отслеживать электронные отходы.
«Если говорить о сборе данных в среде или в каком-то аспекте среды, то использовать квалифицированных специалистов для выполнения такой работы всегда очень обременительно, – говорит профессор Юнган Хуан, инженер-строитель и инженер-механик в Северо-Западном университете, Иллинойс. – Если же установить устройство, которое будет проводить исследования в течение трех месяцев, шести месяцев или года, после чего оно распадается самостоятельно, это существенно упростит задачу для исследователей. Что немаловажно, такая технология не имеет долгосрочного отрицательного воздействия на окружающую среду».
Среди временных электронных устройств и компонентов, которые создала команда, – транзисторы, диоды, беспроводные индукторы, датчики, измеряющие температуру и напряжение, и самое поразительное – 64-пиксельный цифровой фотоаппарат.
«Это устройство полностью состоит из временных компонентов. Оно бесследно растворится в воде или биожидкости, – говорит Роджерс. – Аппарат состоит из множества кремниевых фотодатчиков и диодов. Мы смогли сделать основанную на матрице адресацию под видом схемы, используемой для формирования блока изображений с высоким разрешением». На данный момент эта маленькая странная система не имеет никакого сходства с тем, что мы обычно называем фотокамерой.
Но пока Роджерс и его команда сосредоточены на более вещественных целях, таких как нахождение способов изготовления продуктов в производственных объемах. Также они занимаются решением технических проблем, которые постоянно возникают при осуществлении такой тонкой работы.
Исследователи считают, что, несмотря на недолговечность, временная электроника завоюет популярность на рынке.
Комментарии читателей Оставить комментарий
Молодцы. Если решат проблему ещё и с распадом _оксида_ кремния SiO2 (стекло), который также необходим при строительстве электронных схем, и который в жидкостях не распадается вообще, несмотря на толщину, то тогда можно будет смело говорить о прорыве.