Bilim adamları, iki boyutlu elektronik devreler yapmak için koloidal parçacık zincirlerini kullanır: basit ve hızlı!
Kılavuz
Son zamanlarda, bilim adamları elektronik devreler yapmak için yenilikçi bir çözüm keşfettiler.İki boyutlu elektronik devreleri basit ve hızlı bir şekilde yapmak için koloidal ve metal parçacıkların kılcal ve dielektroforez etkilerini kullanıyor.
Anahtar kelime
Kapiler etki, dielektroforez, elektronik devreler
arka fon
Bugün tanıtacağımız yenilikçi keşifler için hala tek boyutlu parçacıklar ve koloidal malzemelerle başlıyoruz. Şu anda, bu malzemeler endüstride yaygın bir ilgi uyandırmıştır ve iletken partiküller, esnek giyilebilir cihazlar ve elektromanyetik enerji iletimi dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir.
Bu tek boyutlu model, parçacık gruplarından veya tek tek parçacıklardan oluşabilir. Fotolitografi, kolloidal polimerizasyon vb. Gibi diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, elektrolit veya manyetoreolojik sıvıda parçacık zincirleri oluşturmak için kullanılan alan kontrollü montaj yöntemi daha basit, daha verimli ve kontrol edilebilir.
Ancak bu yöntemin özellikle elektronik cihaz imalatında uygulanması iki ana faktörle sınırlıdır. Birincisi, bu tür bir montajın genellikle dökme sıvılarda meydana gelmesi ve zincirin pozisyonunun kontrol edilememesidir. İkincisi, oluşturulan yapıyı korumak için, genellikle sürekli bir enerji kaynağı gereklidir Dış elektrik alanı kaybolduğunda, oluşan yapı çökecektir.
Bu nedenle, araştırmacılara göre, bu iki sınırlamayı aşmak için genellikle DNA aşılama, polimer çapraz bağlama maddeleri ve yük grubu tasarımı gibi özel işlevsel parçacık yüzeyleri gereklidir.
Yenilikçilik
Daha iyi yenilikçi çözümleri keşfetmek için, Polonya, Poznan'daki Mickiewicz Üniversitesi'nden Zbigniew Rozynek ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Northwestern Üniversitesi'nden Erik Luijten'in de aralarında bulunduğu bir araştırma ekibi, kısa süre önce yenilikçi bir yöntem keşfetti. Bu şema çok basittir, koloidal çözeltiden kendi kendine devam eden bir yapı, yazdırılabilir "parçacıklar ve koloidal zincirler" çıkarır.
Makaleleri 12 Mayıs'ta Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Rozynek bu "sihirli" fenomeni keşfetti:
Silikon yağı kolloid solüsyonuna iğne şeklinde bir elektrot yerleştirdiğinde, içinde dağılan mikron boyutlu küresel metal partiküller elektrot iğnesinin ucuna yapışacaktır. Bununla birlikte, elektrot iğnesini silikon yağından çıkardığında, başka bir küresel metal parçacık ilk küresel metal parçacığa yapışacak ve döngü tekrarlayarak bir çizgi gibi bir ip oluşturacak ve böylece küresel bir metal parçacık oluşturacaktı. Uzun zincir.
Ancak herkesi daha çok şaşırtan şey şuydu:
Bu parçacık zincirleri oluşturulduktan sonra silikon yağı çözeltisini bırakırlar. Araştırmacılar, uygulanan elektrik alanını iptal edecek, ancak bu parçacık zincirinin yapısı yine de sabit kalacak ve çökmeyecek.
teknoloji
Herkes bu fenomenin neden oluştuğunu anlamak isteyecek ve bunun arkasındaki prensip nedir?
Bu soruyu cevaplamak için, size araştırmacının makalesi ile birlikte teknik bir bakış açısıyla anlatacağım.
Her şeyden önce, yüklü elektrot iğnesi çözeltiye yerleştirildiğinde, karşılık gelen bir elektrik alanı oluşturacak ve böylece yakındaki metal bilye parçacıklarını polarize edecektir.Dielektroforez etkisinin etkisi altında, bu metal parçacıklar uzun bir zincir oluşturmak için birbirine bağlanacaktır. .
Bununla birlikte, dış elektrik alanı kaybolduğunda, bu zincirler üzerindeki iki bitişik parçacık, silikon yağı sıvısından oluşan bir "köprü" ile bağlanır. Bu sıvı köprülerin kılcal etkisinden dolayı, bu partiküllerin oluşturduğu zincirin yapısı yine de stabil kalacaktır, bu da harici enerji olmadan kendi kendini idame ettiren ve stabil bir yapı oluşturur.
Bu nedenle, bu teknolojinin özü, dielektroforez etkisini ve kapiler etkiyi birleştirmektir. Aşağıdaki şekil bu prensibi daha ayrıntılı olarak göstermektedir:
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
( a İğne benzeri bir elektrot aracılığıyla bir elektrik alanı uygulayarak, parçacıklar "inci kolye" gibi bir zincir oluşturur ve daha sonra çözeltiden dışarı sürüklenir.
( b , c ) Hava ve sıvının birleştiği yerde bulunan bir parçacık, yukarı doğru bir dielektroforetik kuvvet Fe ve aşağı doğru bir kılcal kuvvet Fsp yaşayacaktır.
( d ) Parçacık sıvıyı terk ettiğinde, küre ile küre arasında otomatik olarak sıvı bir köprü oluşturacak ve yukarı doğru bir Fss kuvveti oluşturacaktır.
Yukarıdaki açıklama ve bu resim aracılığıyla, herkes temelde ilkeyi anlayabilmelidir. Şimdi, bilim adamlarının bu etkiyi deneylerle nasıl elde ettiklerini görelim veya önce bir resme bakalım:
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
( a - c ) İletken parçacık zincirini gümüş kaplı silika içi boş küreden (yarıçap 30 m, yoğunluk 0,17 g cm 3) silikon yağından (viskozite 100 mPa s, yoğunluk 0,96 g cm 3) sürükleyin. Elektrot önce solüsyona yerleştirilir ve ardından bir AC voltajı (600 V, f = 20 kHz) uygulanır Elektrot iğnesinin pozisyonu yükseldikçe iletken zincir solüsyonun dışına çekilir.
( d ) Yüzlerce partikül içeren yaklaşık 3 cm uzunluğunda iletken partikül zinciri bir dakika içinde oluşturulabilir.
Ek olarak, araştırmacılar bu yöntemi, 100 nm'den 200 m'ye kadar farklı çaplara sahip bir dizi parçacık üzerinde ilgili çalışmaları yürütmek için kullandılar.
a ) 100 nm; ( b ) 15 m; ( c ) 25 m; ( d ) 55 m; ( e ) 100 m; ( f ) 200 m.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
değer
Bu teknoloji ne gibi bir değer üretecek?
Tabii ki en önemlisi arka plan bölümünde bahsedilen problemleri çözmektir.
Daha sonra uygulaması hakkında detaylı olarak konuşacağız. Bu parçacık zinciri sıvının dışına sürüklendiğinde, nesnenin yüzeyinde anında çeşitli desenler oluşturabilir.Bu yöntem, iki boyutlu elektronik devreler yapmak için kullanılabilir.
Araştırmacılar, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, makalede C, S ve L harflerinin toplam üç şeklinin görüntülendiğini gösterdi. Araştırmacılar, bu iki boyutlu desen yapma yöntemi sayesinde, parçacık devrelerinin, parçacıkları önceden işlemeden herhangi bir nesnenin yüzeyinde oluşturulabileceğini iddia ediyorlar.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
Bu tür bir zincir, basit ve hızlı bir şekilde katılaştırılabilir ve oluşturulabilir Bu katılaşma soğutulabilir (örneğin: önceden eritilmiş katı parafin) veya kimyasal olarak sertleştirilebilir (örneğin: sıcaklığa veya ultraviyole ışınlarına duyarlı epoksi reçine).
Araştırmacılar, sıvı reçine ve sıvı parafinde dağılmış iletken parçacıklardan oluşan iki farklı katılaştırma yöntemi olan parçacık zincirlerini gösterdiler. Birincisinin katılaşması birkaç dakika alırken, ikincisi birkaç saniye sürebilir. Aşağıdaki şekil, sırasıyla katılaşmış parafin (a) ve katılaşmış reçine (b) ile kaplanmış zincirleri göstermektedir.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
Özetlemek gerekirse, bu şema yeni temel ve uygulamalı araştırma alanlarını genişletiyor. Bazı koloidal yapılar üretmenin yanı sıra, elektronik devre imalatı gibi birçok uygulamada, farklı alt tabakalar üzerinde iletken modeller üretmek için de kullanılabilir ve yeni nesil elektronik devrelerin üretimi için yeni bir yol açar.
Referans
[1]
[2] https://www.nature.com/articles/ncomms15255
Değişimi daha fazla tartışması gereken arkadaşlar, lütfen yazarla doğrudan WeChat: JohnZh1984 üzerinden iletişime geçin veya WeChat genel hesabını izleyin: IntelligentThings.
