• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Unijne badania naukowe posuwają rozciągalną elektronikę o krok naprzód

    18.06.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Naukowcy z Francji i USA, których badania finansowane są ze środków unijnych, pracujący nad naklejkami odlepiającymi się od szyb, wynaleźli nowy sposób sterowania produkcją rozciągalnych elementów elektronicznych. Wyniki ich prac, opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences, mają znaczenie dla opracowania elektronicznych urządzeń wbudowanych w takie przedmioty jak rękawiczki chirurgiczne, elastyczne wyświetlacze czy papier elektroniczny.

    Prace prowadzone były w ramach projektu MECHPLANT (Rola niestabilności mechanicznej w rozwoju liścia), sfinansowanego na kwotę 1,3 mln EUR z tematu "Nowe i pojawiające się nauki i technologie" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Partnerzy tego projektu badali formowanie się liścia podczas rozwoju w celu lepszego poznania wzajemnych zależności pomiędzy właściwościami genetycznymi rośliny a niestabilnością mechaniczną.

    W swoich ostatnich badaniach zespół analizował sposób, w jaki naklejki przyklejone do szkła marszczą się, pokrywają pęcherzykami i rozwarstwiają się. Na przykład często można zobaczyć pęcherzyki powietrza między naklejką a szybą samochodową - zwykle ich przyczyną jest rozciągnięcie się naklejki pod wpływem wysokich temperatur. Bywa też tak, że siła oddziałująca na naklejkę powoduje jej wygięcie się do tego stopnia, iż jedna z warstw odrywa się, tworząc bąble.

    "To rzecz, z którą mamy do czynienia na co dzień, ale kiedy spojrzeć na nią w inny sposób, można zobaczyć coś nowego" - mówi członek zespołu badawczego Pedro Reis z Massachusetts Institute of Technology w USA.

    Według autorów włożono już sporo wysiłku w wynalezienie sposobu na uniknięcie wypaczania, marszczenia i rozwarstwiania się cienkich powłok. W najnowszych badaniach sprawdzano te właściwości po sprasowaniu w celu opracowania elastycznych urządzeń elektronicznych. "Głównym problemem technologicznym, który ogranicza zastosowanie tego typu urządzeń jest potrzeba posiadania podłoża, które jest w stanie wyginać się bez rozciągania i uszkadzania przewodów, z których zbudowany jest obwód" - wyjaśniają.

    "Jednym z rozwiązań jest użycie podłoża polimerowego, które jest najpierw naciągane a potem pokrywane przewodami według żądanego schematu" - czytamy w artykule. Kiedy naprężenie podłoża jest zwolnione, stosunkowo sztywne przewody wyginają się, co prowadzi do "niestabilności marszczącej" a następnie do powstawania pęcherzyków rozwarstwiających. Pęcherzyki ułatwiają podłożu wyginanie się, ponieważ przewody mogą się zginać zamiast naciągać.

    Naukowcy naciągali i prasowali powierzchnie z przyczepionymi do nich cienkimi warstwami, po czym mierzyli rozmiary powstających pęcherzyków. Konkretnie przyczepili warstwę polipropylenową do miękkiego podłoża, które było albo cienkie (naciągnięte przed sklejeniem warstw) albo grubsze (nienaciągnięte). Następnie sprasowano obydwa rodzaje podłoża, tj. cienkie i grube. Najpierw pojawił się jeden pęcherzyk, a po dalszym prasowaniu pokazała się cała grupa niemal identycznych pęcherzyków. Scharakteryzowano wówczas wymiary pierwszego pęcherza i dalszą ewolucję następnych.

    Na podstawie otrzymanych wyników naukowcy opracowali model formowania się, zmieniania rozmiarów i ewoluowania pęcherzy rozwarstwiających. Jak stwierdzili, ich rozmiar zależny jest od elastyczności warstwy, od podłoża oraz wytrzymałości klejenia pomiędzy nimi. Nowy model jest w stanie prawidłowo przewidzieć rozmiar pęcherzy, jakie utworzą się w określonych warunkach.

    "Pęcherze rozwarstwiające posiadają swój charakterystyczny rozmiar, do którego dążą" - twierdzi Dominic Vella z francuskiego Centre National de la Recherche Scientifique. "Scharakteryzowaliśmy ten rozmiar, a więc zasadniczo możemy określić go tylko na podstawie parametrów danego układu."

    Celowe tworzenie pęcherzy rozwarstwiających może znacznie uprościć projektowanie elastycznych urządzeń - stwierdził zespół - ponieważ przewody przyczepione do powierzchni mogą poruszać się wraz z materiałem bez łamania się. Jeżeli przewody są już oddzielone od powierzchni - przekonują naukowcy - wyginanie i skręcanie materiału nie spowoduje ich złamania.

    Naukowcy sugerują także, iż ultracienkie i bardzo wytrzymałe warstwy np. z grafenu "mogą być idealnym materiałem do zastosowań w giętkich obwodach na małą skalę, wykorzystujących struktury rozwarstwiające".

    W poprzednich pracach stosowano skomplikowane techniki mikroprodukcyjne w celu wymuszenia pojawienia się pęcherzy. Nowy model oferuje inżynierom możliwość bardziej precyzyjnego kontrolowania rozwarstwiania i może znacznie ułatwić opracowanie rozciągalnych elementów elektronicznych z wykorzystaniem pęcherzyków w materiale.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Proceedings of the National Academy of Sciences:
    http://www.pnas.org

    Program NEST:
    http://cordis.europa.eu/nest

    Źródło danych: Proceedings of the National Academy of Sciences; Massachusetts Institute of Technology
    Referencje dokumentu: Vella D., et al. (2009) The macroscopic delamination of thin films from elastic substrates. Proceedings of the National Academy of Sciences (w druku). Publikacja internetowa z dnia 17 czerwca; DOI: 10.1073/pnas.0902160106.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) – czasopismo naukowe United States National Academy of Sciences publikujące głównie prace biomedyczne, rzadziej z zakresu fizyki, matematyki i nauk społecznych. Wydanie drukowane jest tygodnikiem. Wersja internetowa PNAS-u codziennie zawiera nowe artykuły. Pierwsze wydanie ukazało się w 1915 r. Richard Siegmund Lindzen (ur. 8 lutego, 1940) jest fizykiem atmosfery i profesorem meteorologii w MIT znanym z prac o dynamice atmosfery i falach atmosferycznych. Jest członkiem Amerykańskiej Akademii Nauk (National Academy of Sciences). Pracował na Harvardzie, Uniwersytecie Chicago i w Massachusetts Institute of Technology. Grunt malarski to najczęściej roztwór wodny lub rozpuszczalnikowy substancji błonotwórczych oraz środków pomocniczych lub też farba w postaci dyspersji, przeznaczona do pierwszego malowania lub impregnowania podłoża, mająca na celu zapobieżenie nadmiernej chłonności podłoża, redukcji chłonności podłoża, poprawę przyczepności warstw kolejnych oraz mająca na celu związanie luźnych części podłoża (spajanie).

    Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD), z ang. Physical Vapour Deposition) – osadzanie powłoki z fazy gazowej przy wykorzystaniu zjawisk fizycznych. Mechanizm tworzenia powłoki opiera się na krystalizacji. Proces PVD prowadzony jest w warunkach wysokiej próżni, ze względu na zapewnienie odpowiednio długiej drogi swobodnej cząsteczce gazu. Gaz materiału osadzanego krystalizuje na podłożu, wiążąc się siłami adhezji. Z tego względu połączenie powłoka-podłoże ma charakter adhezyjny i zależy od czystości podłoża. Przed obróbką właściwą stosuje się chemiczne (zgrubne) i jonowe (dokładne) metody oczyszczania powierzchni. Technika PVD ma bardzo duży potencjał aplikacyjny głównie ze względu na niską temperaturę obróbki oraz zachowanie składu chemicznego materiału źródła. W procesie PVD osadzaniu powłoki nie towarzyszą żadne przemiany chemiczne, obserwuje się wyłącznie zmianę stanu skupienia wprowadzonej substancji. Mechanizm osadzania kontrolowany jest przede wszystkim poprzez dobór temperatury podłoża oraz ciśnienie i skład atmosfery reakcyjnej. Celem procesu jest wytworzenie cienkich warstw o ściśle kontrolowanym składzie modyfikujących fizyczne i chemiczne właściwości powierzchni. Epifauna (epibentos) – zwierzęta bentosowe (stale przebywające w pobliżu dna) żyjące na powierzchni dna; organizmy te są albo przytwierdzone do powierzchni podłoża albo swobodnie poruszają sie po nim. Te wodne gatunki zwierząt mogą być przyczepione do podłoża specjalnie ukształtowanymi wypustkami lub przyssawkami bądź bisiorem, zrośnięte z podłożem albo przebywające w wydrążonych otworach lub kanalikach. Jako podłoże wykorzystywane są dna zbiorników wodnych, skały, inne organizmy oraz kadłuby statków.

    Steve Olson – pisarz amerykański specjalizujący się w pisaniu książek o nauce, matematyce i polityce społecznej. Pracował między innymi w National Academy of Sciences i w Institute for Genomic Research. Parkiet — materiał budowlany z drewna stosowany do wykończenia podłóg w budynkach. Wykonywany jest zazwyczaj z prostokątnych klepek tworzących powtarzający się wzór. Poszczególne elementy zwykle łączone są ze sobą na "pióro i wpust" i mocowane do podłoża. Podstawową metodą montażu parkietu jest klejenie do podłoża. W Polsce parkiet najczęściej występuje w dwóch grubościach, 16 i 22 mm. Szerokości klepek oscylują zazwyczaj w zakresie 5–7 cm, a długości, 30–50 cm. Najpopularniejsze europejskie gatunki drzew do produkcji parkietu: dąb, jesion, buk, klon, czereśnia, grab. Najpopularniejsze "egzotyczne" gatunki drzew do produkcji parkietu: merbau, doussie, teak, irocco, jatoba. Parkiet wykonany z drobnych elementów (np. 2 cm × 15 cm) nazywany jest mozaiką parkietową. Materiał powyżej 50 cm długości zwyczajowo nazywany jest deskami parkietowymi.

    Epitaksja (gr. epi + taxis = na uporządkowanym) – technika półprzewodnikowa wzrostu nowych warstw monokryształu na istniejącym podłożu krystalicznym, która powiela układ istniejącej sieci krystalicznej podłoża. Opracował ją w 1957 roku N. N. Sheftal z zespołem. Epitaksja pozwala kontrolować domieszkowanie warstwy epitaksjalnej, zarówno typu p jak i n, i jest to niezależne od domieszkowania podłoża. Siła reakcji podłoża (zwana również niezbyt precyzyjnie siłą sprężystości podłoża) – siła, jaką wywiera podłoże na spoczywające na nim ciało. Siła ta jest reakcją podłoża na nacisk ciała. Obie siły - nacisku i reakcji - z reguły mają taką samą wartość i na poziomej powierzchni równą wartości ciężaru ciała. Ciężar i siła sprężystości działają na to samo ciało i mają przeciwne zwroty, zatem ich suma (siła wypadkowa) jest równa zeru – ciało spoczywa.

    Nanomateriały – wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. nie przekraczającej 100 nanometrów. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czy grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu. W praktyce granica poniżej której mówi się o nanomateriałach jest różna dla materiałów o różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się to z pojawieniem szczególnych właściwości po jej przekroczeniu. Zmniejszając rozmiar uporządkowanych struktur materiałów można uzyskać znacznie lepsze właściwości fizyko-chemiczne, mechaniczne, itp.

    Scalony bipolarny układ monolityczny: Układ ten składa się z podłoża półprzewodnikowego oraz wytworzonych w jego objętości lub na jego powierzchni obszarów funkcjonalnych elementów, obszarów izolujących elementy, połączeń wewnętrznych między elementami oraz obudowy i doprowadzeń zewnętrznych. W przekroju poprzecznym tego układu wyróżniamy 4 warstwy, dolną Si-P, drugą jest cienka warstwa Si-N,trzecia to SiO2,a ostatnią warstwę stanowi Al. Poszczególne elementy układów monolitycznych są wykonane na tzw. wyspach, odizolowanych od siebie i od podłoża. Budowa tranzystora stosowanego w układach monolitycznych jest podobny do budowy indywidualnego tranzystora epitaksjalno-planarnego. Rezystory w układach monolitycznych bipolarnych tworzy warstwa typu P lub N+,często w postaci meandra. Są to tzw. rezystory warstwowe. Jako diody stosuje się najczęściej struktury tranzystorowe, przy czym używa się tylko jednego ze złączy tranzystora. W układach monolitycznych wytwarza się dwa rodzaje kondensatorów, pierwszy rodzaj wykorzystuje pojemność spolaryzowanego wstecznie złącza PN,natomiast drugim rodzajem są kondensatory tlenkowe. Pojemność tych drugich jest mniejsza, a wymiary większe, a niżeli złączowych. W układach monolitycznych cewki indukcyjne wytwarza się bardzo rzadko przez naparowanie na warstwę SiO2 spiralnej warstwy metalu. Wszystkie elementy układu monolitycznego są wytwarzane w identycznych warunkach i w ciągu jednego procesu technologicznego.

    Galwanotechnika - dział techniki zajmujący się teoretycznymi aspektami oraz praktycznymi metodami elektrolitycznego wytwarzania powłok na rozmaitych podłożach. Galwanotechnika zajmuje się wytwarzaniem powłok zarówno metodą osadzania na podłożu substancji pochodzących z elektrolitu, jak i metodą przetwarzania materiału podłoża. Egzaracja - jeden z trzech procesów erozji glacjalnej (obok detrakcji i detersji), tłumaczony jako zdzieranie. Dotyczy utworów nieskonsolidowanych, znajdujących się w podłożu lodowca. Są one deformowane i przesuwane pod wpływem przemieszczającego się lodu, a część przymarza do stopy lodowca i jest włączana w jego obręb. Procesy te są obecnie rozpatrywane w ramach glacitektoniki, czyli deformacji podłoża podlodowcowego, które są analogiczne do zjawisk tektonicznych. Do struktur glacitektonicznych należą fałdy, łuski, nasunięcia oraz depresje glacitektoniczne, które są w istocie zagłębieniami egzaracyjnymi.

    Dodano: 18.06.2009. 15:11  


    Najnowsze