Tecnologia Científica

A nova química permite usar a tecnologia existente para imprimir circuitos flexíveis e flexíveis em pele artificial
Quase duas décadas tentando desenvolver circuitos integrados semelhantes a pele que podem ser esticados, dobrados, dobrados e torcidos - trabalhando o tempo todo - e depois voltando sem falhar, todas as vezes.
Por Andrew Myers - 05/07/2021


Os colegas de laboratório do Bao Research Group em Stanford demonstram a flexibilidade e elasticidade de sua pele artificial feita usando o método de impressão recém-criado. Crédito: Yuqing Zheng

A engenheira química Zhenan Bao e sua equipe de pesquisadores em Stanford passaram quase duas décadas tentando desenvolver circuitos integrados semelhantes a pele que podem ser esticados, dobrados, dobrados e torcidos - trabalhando o tempo todo - e depois voltando sem falhar, todas as vezes. Esses circuitos pressagiam um dia de produtos vestíveis e implantáveis, mas um obstáculo sempre se interpôs no caminho.

A saber, "como alguém produz uma tecnologia completamente nova em quantidades grandes o suficiente para possibilitar a comercialização?" Disse Bao.

Bao e a equipe acham que têm uma solução. Em um novo estudo, o grupo descreve como eles imprimiram circuitos integrados extensíveis, porém duráveis, em materiais de borracha semelhantes a pele, usando o mesmo equipamento projetado para fazer chips de silício sólidos - uma realização que poderia facilitar a transição para a comercialização trocando as fundições que hoje fazem circuitos rígidos para produzir os extensíveis.

O processo, detalhado na edição desta semana da revista Science , permitiu aos pesquisadores espremer mais de 40.000 transistores em um único centímetro quadrado de circuito extensível, mas a equipe acha que o dobro desse número está ao alcance. Embora isso ainda esteja muito longe dos bilhões de transistores que podem ser espremidos na mesma área em chips de silício, seria o suficiente para criar circuitos simples para sensores na pele, redes em escala corporal e bioeletrônica implantável com aplicações ainda a ser imaginado.

"Nosso método melhora a densidade do transistor elástico em mais de 100 vezes do que qualquer outra pessoa alcançou até agora. E o faz com excelente uniformidade nos transistores, sem sacrificar nada no desempenho eletrônico ou mecânico", disse o pesquisador de pós-doutorado Yu-Qing Zheng, coprimeiro autor do artigo.

Processo antigo, nova química

Uma grande vantagem do processo de Stanford é que ele pode ser feito com o mesmo equipamento usado para fazer chips de silício hoje. O processo, conhecido como fotolitografia, usa luz ultravioleta (UV) para transferir um intrincado padrão geométrico eletricamente ativo - um circuito - em um substrato sólido, camada por camada. É um processo complexo de várias etapas de revestimento, expondo com luz, corrosão química e enxágue que deixa para trás o circuito muito importante.

Esse método funcionou por décadas na indústria de semicondutores, mas, até agora, os produtos químicos usados ​​para dissolver e remover os materiais resistentes à luz também removeram os polímeros semelhantes à pele que são a base dos circuitos extensíveis. Ao desenvolver novas fotoquímicas que funcionam nesses materiais elásticos, a equipe de Bao está ensinando equipamentos de manufatura testados e aprovados a fazer novos truques. Na verdade, o processo de Stanford até mesmo elimina algumas das etapas necessárias na fabricação de silício. Tudo isso resulta em um resultado notável.

"Nosso processo é mais eficiente e pode ser capaz de produzir circuitos extensíveis com melhor custo-benefício do que os rígidos", disse o estudioso de pós-doutorado Yuxin Liu, coautor do artigo.

Denso e durável

A equipe usou o novo processo para produzir circuitos flexíveis com aproximadamente o mesmo desempenho elétrico dos transistores usados ​​para monitores de computador atuais - úteis para aplicações práticas - e testou seus materiais para durabilidade e desempenho. Esticando os circuitos para dobrar suas dimensões originais, tanto paralelas quanto perpendiculares à direção do circuito, os novos materiais impressos não mostraram rachaduras, delaminação ou, o mais importante, declínio de função. Eletricamente, os transistores permaneceram estáveis, mesmo depois de 1.000 trechos repetidos.

"Com as melhorias na densidade do transistor, este processo pode levar a novas aplicações para circuitos flexíveis", disse Donglai Zhong, coautor do estudo.

 

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