Drukowane przełączniki do obwodów inspirowanych mózgiem
Architektura tranzystorów nadająca się do wydruku wykorzystuje bramkowanie redoks do modulowania prądu w dwutlenku wanadu, umożliwiając przełączanie przy niskim poborze mocy dla elastycznych czujników i powstającego sprzętu neuromorficznego.
Naukowcy z Narodowego Laboratorium Argonne przy Departamencie Energii Stanów Zjednoczonych pokazali, w jaki sposób można wykorzystać niestandardowe atramenty i zaawansowane metody drukowania do budowy trwałych tranzystorów o małej mocy.Badanie podkreśla, że drukowana elektronika może pewnego dnia umożliwić elastyczne czujniki, inteligentne okna i inne technologie wymagające niezawodnych i energooszczędnych komponentów.
Zaletą tej pracy jest możliwość stworzenia przełączników elektronicznych, które wytrzymują tysiące cykli przy pracy przy bardzo niskich napięciach.Tradycyjne urządzenia drukowane często ulegają awarii już po kilku użyciach, ale zespół Argonne donosi, że ich tranzystory mogą wytrzymać ponad 6000 cykli bez degradacji.Ta trwałość w połączeniu z niskim poborem mocy wskazuje na zastosowania w obszarach, w których efektywność energetyczna i niezawodność mają kluczowe znaczenie.
Wykorzystując dwutlenek wanadu – materiał, który może działać zarówno jako przewodnik, jak i izolator – zespół stworzył przełączniki, które mogą niezawodnie kontrolować przepływ prądu.Zastosowano proces zwany bramkowaniem redoks w celu dodawania lub usuwania elektronów przy niskim napięciu, niższym niż w typowej baterii.Ta delikatniejsza metoda pozwala uniknąć uszkodzenia materiału, dzięki czemu urządzenia mogą służyć dłużej.
Naukowcy wskazują na potencjalne zastosowania w elastycznych czujnikach, inteligentnych urządzeniach o niskim poborze mocy, a nawet w komputerach neuromorficznych, w których obwody naśladują sposób, w jaki ludzki mózg przetwarza informacje.W produkcji takie drukowane komponenty mogłyby obniżyć koszty i umożliwić szybkie prototypowanie, natomiast w technologiach konsumenckich mogłyby wspierać energooszczędną elektronikę do urządzeń codziennego użytku.
Drukowane tranzystory działały przy napięciach tak niskich jak 0,4 do 0,5 wolta, przełączały stany w ciągu około jednej sekundy i zwiększały przepływ prądu o 50 procent przy minimalnym poborze energii.Urządzenia wykazały stabilną wydajność w tysiącach cykli, solidne czasy reakcji i możliwość dostosowania za pomocą druku 3D.Naukowcy wykorzystali Centrum Materiałów Nanoskali i Zaawansowane Źródło Fotonów firmy Argonne oraz Narodowe Synchrotronowe Źródło Światła II firmy Brookhaven do udoskonalenia receptur atramentów i analizy struktur urządzeń.
Zastanawiając się nad tym osiągnięciem, chemik firmy Argonne, Wei Chen, mówi: „W poprzednich metodach urządzenia mogły działać tylko kilka razy — czasami tylko 10 cykli — zanim uległy awarii. Nasze urządzenia mogą bez problemu wykonywać tysiące cykli”.
