Команда исследователей из Стэнфордского университета (США) разработала 3D – электронику на основе углеродных нанотрубок. Впервые полимер с памятью формы используется в электронных устройствах, таких как транзисторы, газовые и температурные датчики и устройства памяти.

Последние достижения в области ультратонких устройств способствовали развитию новых технологий, от гибких дисплеев до множества медицинских применений. В то время как электроника традиционно предназначалась для двумерных поверхностей, все живые и неживые системы, с которыми люди сталкиваются в своей повседневной жизни являются трехмерными. Для полной интеграции с развивающимися тонкопленочными технологиями была бы весьма желательна электроника, которая могла приобретать необходимую форму, приспосабливаясь под неровные контуры.

Использование двухслойной структуры полимеров с памятью формы и полиимида позволило создать 3D – электронику с управляемой формой на основе углеродных нанотрубок. Местное управление формой достигается за счет электрически активируемого нагрева по заранее нанесенному рисунку, что позволяет настраивать изгиб в различных направлениях в разное время.

При нагревании двухслойная структура изменяет форму.

Исследователи представили этот режим местного управления, изготовив складной «цветок лотоса», который складывается при увеличении температуры нагрева от 110 до 140 °C. При дальнейшем нагревании выше 190 °С «цветок» снова раскрывается, поскольку полистирол размягчается. Моделирование методом конечных элементов дает представление о внутреннем распределении напряжений в процессе складывания.

Моделирование методом конечных элементов показывает внутреннее распределение напряжений во время изменения формы полимер-полиимидной структуры «лотоса».

В этом исследовании устройства нагревали до 220 °С, ухудшения характеристик до или после деформации не наблюдалось.

Такая гибкая электроника также имеет потенциал для практического применения в качестве портативных датчиков, поскольку ее можно обернуть вокруг различных повседневных объектов. Авторы указывают, что их двухслойные структуры с контролируемой формой могут быть применены и к другим разработкам гибкой электроники.

Источник: Huiliang Wang, Yanming Wang, Benjamin C.-K. Tee, Kwanpyo Kim, Jeffrey Lopez, Wei Cai, and Zhenan Bao. Shape-Controlled, Self-Wrapped Carbon Nanotube 3D Electronics. Advanced Science. Volume 2, Issue 9, September 2015.