Ученые: гибкая электроника изменит наше представление о большинстве устройств

Гибкая электроника приобретает популярность

Почти все знают, на что похожи внутренности компьютера или мобильного телефона. Жесткая плата, обычно зеленая, усеянная чипами, резисторами, конденсаторами и гнездами; все это связывают расходящиеся нити печатной проводки.

Но что, если плата будет гибкой?

«Это может преобразовать способы производства и использования электронных устройств», – сказал Энрике Гомес, доцент химической инженерии в Государственном университете Пенсильвании.

Гомес – один из многих ученых, исследующих гибкую электронику в Научно-исследовательском институте материалов при Университете Пенсильвании и в других университетах и организациях по всему миру.

Гибкая электроника приобретает популярность по двум причинам.

Во-первых, она предполагает совершенно новые электронные устройства. Вообразите, например, крошечные смартфоны, которые оборачиваются вокруг запястий, и гибкие дисплеи, которые разворачиваются из тонкого свитка до размера огромного телевизора. Или фотогальванические панели и реконфигурируемые антенны, которые можно будет настилать прямо на крыши домов и автомобилей. Или гибкие имплантаты, которые могут контролировать ход таких болезней, как рак или диабет, а также помогать устанавливать взаимодействие с людьми, страдающими параличом.

Во-вторых, гибкая электроника означает более дешевое производство. Обычные полупроводники требуют сложных процессов изготовления на многомиллиардных литейных заводах. Исследователи надеются печатать гибкую электронику на пластмассовой пленке тем же способом, каким мы печатаем тексты на бумаге.

«Если бы мы смогли сделать гибкую электронику достаточно дешевой, она могла бы стать одноразовой. Можно было бы носить свой телефон на одежде или брать биопробу, чтобы проверить состояние здоровья, просто лизнув кусочек ткани», – сказал Гомес.

Но прежде чем это станет возможным, исследователи должны заново вспомнить все, что они знают об электронике, и пересмотреть свои представления.

Ожидается, что тенденция к переходу на гибкую электронику будет ежегодно возрастать на несколько десятков процентов в следующее десятилетие.

Ученые и разработчики на самом деле надеются, что рост популярности гибких электронных устройств будет представлять резкий скачок, как только технологии гибких дисплеев перейдут из стадии разработки в стадию производства и начнут становиться коммерческими продуктами, быстро изменяя способ взаимодействия пользователей и их портативных устройств.

К 2023 году рынок гибких экранов уже составит более чем 240 миллионов долларов, что будет составлять более трети портативной электронной продукции, в которой сейчас используются разного рода дисплеи, предсказывают специалисты.

Легкая, гибкая электроника заменит массивные телефоны, электронные книги, планшеты и другие подобные устройства. Проблема, которая существовала, – адаптировать процессы и материалы к гибкой электронике, сегодня решается: ученые нашли способ производить гибкое стекло, печатать электронные составляющие на 3D-принтере и научились производить растягивающиеся батареи.

Большинство экранов, которые встречаются в настоящее время на рынке – в телевизорах, компьютерах, портативной электронике и других устройствах, – представляют жидкокристаллические дисплеи. Но поскольку потребители все более и более выбирают портативную электронику, где вес, прочность и эффективность использования энергии очень важны, появляются новые технологии, которые могут лучше соответствовать этим требованиям и бросают вызов господству LCD.

В настоящее время существуют проблемы, с которыми сталкиваются ученые в процессе разработки гибкой электроники, – например, хрупкость стекла и его восприимчивость к царапинам. Эту проблему разработчики собираются решить, а пока вместо стекла они используют пластик. Существуют и другие трудности, но исследователи полны энтузиазма.

Гибкая электроника обещает изменения, которые пойдут дальше свертываемых экранов, недорогих солнечных батарей, антенн и датчиков. Такие электронные устройства обещают поворот в некоторых неожиданных направлениях, таких как медицина: например, помощь страдающим параличом в виде гибких микроимплантатов для головного мозга.