Исследователи Массачусетского технологического института сделали важный шаг вперед в области электроники, разработав метод, который может позволить создавать полностью 3D-печатные электронные компоненты без использования полупроводников. Их работа, опубликованная в журнале «Виртуальное и физическое прототипирование», демонстрирует, как можно печатать перезаряжаемые предохранители, необходимые для функционирования электронных устройств, традиционно требующих полупроводников.
Разработка открывает возможность для домашнего, лабораторного и мелкосерийного производства электроники, что может значительно упростить и удешевить процесс, заменив дорогостоящие и сложные технологии производства полупроводников. Полупроводники, такие как кремний, играют ключевую роль в современных электронных устройствах, так как они контролируют поток электрических сигналов. Однако их производство требует специализированных чистых помещений, которые имеются лишь в немногих местах по всему миру.
Недавний дефицит полупроводников, вызванный пандемией COVID-19, продемонстрировал уязвимость глобальных цепочек поставок и негативно сказался на многих отраслях, от производства потребительских товаров до национальной обороны. Команда под руководством Луиса Фернандо Веласкеса-Гарсии смогла найти способ 3D-печати компонентов, способных выполнять функции, аналогичные полупроводникам.
Первоначально исследователи не ставили перед собой задачу создать устройства без полупроводников, однако во время работы над проектом по изготовлению магнитных катушек они сделали неожиданное открытие. При использовании полимерной нити, смешанной с наночастицами меди, они заметили, что при протекании тока сопротивление материала резко возрастает, но возвращается к норме, когда ток прекращается. Это поведение похоже на действия предохранителей с возможностью сброса, что обычно наблюдается у полупроводников.
Ученые осознали, что это свойство можно использовать для создания транзисторов, которые служат основными элементами для выполнения вычислений в электронных устройствах. Регулируя напряжение, подаваемое на напечатанный материал, они могли управлять его состоянием, аналогично традиционным кремниевым транзисторам.
3D-печатные переключатели не могут конкурировать с кремниевыми по производительности, однако они способны выполнять простые задачи, такие как управление моторами. Уникально то, что эти устройства сохраняли работоспособность даже после 4000 циклов переключения, что указывает на их долговечность.
Кроме того, процесс 3D-печати более экологичен, так как использует биоразлагаемые материалы и требует меньших затрат энергии по сравнению с традиционным производством полупроводников. Исследователи планируют продолжить улучшать свою технологию и изучать новые материалы, чтобы создавать более сложные схемы.
Источник: knowridge.com
Источник
