Группа ученых из Массачусетского технологического института разработала процесс, позволяющий выполнять 3D-печать важнейших элементов активной электроники без использования полупроводников.

В электронной промышленности идея создания функциональных устройств с 3D-печатью сталкивается с серьезной проблемой: полупроводниками. Эти компоненты, как и транзисторы, изготавливаются из кремния, обработанного с хирургической точностью в чистых помещениях. Например, при разработке электронных микросхем миллиарды транзисторов встраиваются в процессоры с помощью технологий наноразмерной обработки, что выходит далеко за рамки современных возможностей 3D-принтеров.

Недавно исследователи из Массачусетского технологического института сделали важный шаг в создании важнейших компонентов активной электроники без использования полупроводников. Эти устройства, являющиеся сбрасываемыми предохранителями, были изготовлены с использованием стандартного 3D-принтера и биоразлагаемого материала. Хотя эти компоненты еще не могут соответствовать характеристикам транзисторов, тем не менее они продемонстрировали свою способность выполнять основные функции управления.

Первоначально команда Массачусетского технологического института не стремилась производить сбрасываемые предохранители с помощью 3D-печати. Участвуя в проекте по производству магнитных катушек с помощью технологии экструзионной печати, они использовали полимерную нить, смешанную с наночастицами меди. Экспериментируя на этом направлении, исследователи обнаружили, что полимер ведет себя аналогично кремнию и другим полупроводникам. Указанное открытие побудило их изучить потенциал этого подхода к созданию транзисторов. Сбрасываемые предохранители необходимы для обработки двоичных данных, они образуют логические элементы процессоров.

В своем исследовании, опубликованном в журнале Virtual and Physical Prototyping, исследователи рассказали о своих экспериментах с различными нитями, смешав полимеры и углерод, углеродные нанотрубки и даже графен. Однако только медно-полимерная комбинация оказалась пригодной для производства сбрасываемых предохранителей. Как показали результаты проведенных исследований, полимер, легированный наночастицами меди,  реагирует на то, как его частицы увеличивают прочность при воздействии сильного тока. Как только подача тока прекращается, материал восстанавливает свое первоначальное аморфное состояние. По мнению исследователей, это может быть связано с изменением фазы полимера под воздействием тока. 

Хотя эти компоненты все еще далеки от характеристик кремниевых транзисторов, они уже обладают потенциалом для простых применений, таких как управление двигателями, несмотря на их размер (от нескольких сотен до нескольких миллионов микрон), что намного меньше нанометрового размера транзисторов.

 Как отмечается, предложенная исследователями из  MIT технология позволяет создавать интеллектуальное оборудование в условиях, где кремниевые компоненты недоступны, например, в космосе или на полярных станциях, с использованием обычных 3D-принтеров.

Следующей целью команда ученых из Массачусетского технологического института определила разработку полностью функциональных электронных устройств из этих компонентов.