Исследователи из Китая и США разработали электронный чип, в котором процесс его растворения запускается из-за взаимодействия с влажным воздухом. Предполагается, что разработка может быть использована в медицине. Статья опубликована в Science Advances.

Некоторые электронные устройства, используемые, например, в медицине, выполняют свою основную функцию достаточно быстро, после чего их нужно каким-либо образом убрать или запустить безопасный механизм самоуничтожения. В англоязычной литературе такой тип устройств называют временными («transient»). В частности, такие электронные чипы могут использоваться в медицинских имплантатах, которые после выполнения своей задачи не должны находиться в организме. Или в качестве устройств, содержащих защищенную информацию, которая должна быть удалена спустя определенное время. При этом врачам и разработчикам хочется как можно точнее управлять временем, через которое устройство начнет растворяться и, скоростью этого растворения. Однако большинство из предложенных на данный момент способов самоуничтожения электронных чипов основано на использовании специальных растворителей, которые позволяют лишь довольно грубо управлять процессом растворения.

Деградация медной пленки на подложке из полиангидрида под действием влажности в 25 (сверху), 50 (посередине) и 75 (снизу) процентов. Y. Gao et al./ Science Advances, 2017

В своей новой работе ученые из Китая и США разработали электронные устройства, которые контролируемо растворяются на влажном воздухе. Для этого электронная схема должна быть размещена на специальной подложке, в состав которой входит полимерный ангидрид. Контакт такой подложки с влажным воздухом запускает процесс гидролиза, в результате которого образуются органические кислоты, которые растворяют проводящие части электронного чипа.

Схема реакции получения полиангидрида, который использовался в качестве подложки для чипа. Y. Gao et al./ Science Advances, 2017

Для проверки предложенной концепции исследователи создали простейшее электронное устройство с проводящими элементами из меди, никеля и алюминия и полупроводниковыми элементами из смешанного оксида индия, галлия и цинка (IGZO), которое поместили на подложку из полиангидрида. Оказалось, что такой чип размером в несколько миллиметров полностью растворяется при влажности в 75 процентов за четверо суток.

Схема электронного чипа, который за четверо суток полностью растворился при влажности 75 процентов. Y. Gao et al./ Science Advances, 2017

Чтобы показать, что процессом растворения такого электронного устройства можно управлять, ученые более детально изучили скорость деградации отдельных материалов, из которых состоит чип, в зависимости от влажности воздуха и точного состава полимерного ангидрида. Кроме того, для оценки времени остановки нормальной работать устройства, была изучена зависимость проводимости и вольт-амперных характеристик отдельных его деталей от времени в процессе растворения. В результате проведенных исследований удалось показать, что время работы можно устройства можно изменять в диапазоне от нескольких часов до нескольких недель. Время жизни чипа при этом полностью определяется уровнем влажности и составом полимерной подложки. Ученые отмечают, что образующиеся в результате гидролиза органические кислоты растворяют только проводящие части электронного устройства и никак не влияют на диэлектрические компоненты.

Исследователи утверждают, что в дальнейшем такие чипы, способные к саморастворению во влажном воздухе, можно будет использовать для создания экологически чистых электронных устройств и сенсоров, а также оружия и взрывчатых веществ.

Стоит отметить, что способ самоуничтожения электронного устройства обычно предлагается, исходя из условий, в которых чип должен работать. Так, недавно ученые для самоуничтожения электронных чипов, которые работают в теплых условиях, предложили использовать холодную воду. А до этого, наоборот, были разработаны электронные микросхемы, которые самоуничтожаются при нагревании.

Автор: Александр Дубов