신축성 전자제품

Stretchable electronics

신축성 있는 전자장치나 탄성회로라고도 하는 스트레치형 전자장치는 실리콘이나 폴리우레탄과 같은 스트레치 가능한 기판에 전자장치와 회로를 내장 또는 내장시켜 고장 없이 큰 균주를 경험할 수 있는 완성된 회로를 만드는 기술의 집합체다.가장 간단한 경우, 신축성 있는 전자장치는 단단한 인쇄 회로 기판에 사용되는 동일한 구성품을 사용하여 제작할 수 있으며, 평면 내 신축성이 가능하도록 단단한 기질 절단(일반적으로 서펜타인 패턴)을 사용할 수 있다.[1]그러나, 많은 연구자들은 또한 액체 금속과 같은 본질적으로 확장 가능한 도체를 찾았다.[2]

이 영역의 주요 과제 중 하나는 기판과 상호연결을 신축성(Flexible Electronics)이나 경직성(인쇄회로기판)이 아닌 신축성 있게 설계하는 것이다.전형적으로 중합체는 기판이나 내장 재료로 선택된다.[3]기판을 구부릴 때, 굴곡의 가장 바깥쪽 반경이 늘어나게 된다(연결선을 높은 기계적 변형률로 간주하는 오일러-베르누이 빔의 스트레인 참조).신축성 있는 전자제품은 종종 인간의 피부와 살의 생체모방을 시도하며, 동시에 완전한 기능을 유지한다.로봇 기기용 민감한 전자피부와 생체내 삽입형 스펀지 같은 전자제품 등 신축성 있는 전자제품으로 제품 디자인 공간을 개방했다.

적용들

에너지

여러 개의 신축성 있는 에너지 저장 장치와 슈퍼캐패시터는 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT)와 같은 탄소 기반 재료를 사용하여 만들어진다.Li 등의 연구에 따르면 동적 충전 및 방전을 수행하는 신축성 있는 SWCNT 매크로필름과 탄성 분리기판(탄력성 PDMS 기질에 버클링된 SWCNT 매크로필름과 탄성 분리기)이 확장성이 있는 슈퍼캐패시터를 보였다.[5]이 신축성 에너지 저장 기술의 주요 단점은 낮은 특정 정전용량 및 에너지 밀도인데, 예를 들어 SWNT/MnO2 전극과 같은 redox 재료의 통합으로 잠재적으로 개선할 수 있다.[6]신축성 있는 에너지 저장 장치를 만드는 또 다른 접근법은 종이접기 원리의 사용이다.[7]결과적으로 종이접기 배터리는 상당한 선형 및 면적 변형성, 큰 비틀림성 및 굴절성을 달성했다.

약

신축성 있는 전자장치를 스마트 의복에 통합하여 인체와 원활하게 상호작용하고 질병을 감지하거나 환자 데이터를 비침습적으로 수집할 수 있다.예를 들어 서울대 연구진과 MC10(유연 전자회사) 연구진은 땀 속 포도당 수치를 감지해 필요한 약(인슐린 또는 메트포민)을 온디맨드로 전달할 수 있는 패치를 개발했다.이 패치는 금가루가 듬뿍 들어간 그래핀으로 구성됐으며 온도, pH 수준, 포도당, 습도 등을 감지할 수 있는 센서가 들어 있다.[8]또한 신축성 있는 전자제품은 개발자들이 부드러운 로봇을 만들어 병원에서 최소로 침습적인 수술을 시행할 수 있게 해준다.특히 뇌 수술에 있어서 모든 밀리미터가 중요한 경우, 그러한 로봇은 인간보다 더 정확한 행동 범위를 가질 수 있다.

촉각 감지

경직된 전자제품은 일반적으로 부드럽고 생물학적 유기체와 조직에 잘 부합되지 않는다.스트레칭이 가능한 전자제품은 이에 의해 제한되지 않기 때문에, 일부 연구자들은 그것을 촉각 감지용 센서로 구현하려고 노력한다.이를 달성하기 위한 한 가지 방법은 캐패시턴스의 국지적 변화를 감지할 수 있는 네트워크를 형성하는 일련의 전도성 OFET(유기농 현장 효과 트랜지스터)를 만들어 사용자에게 접촉이 발생한 장소에 대한 정보를 제공하는 것이다.[9]이것은 로봇공학이나 가상현실 어플리케이션에서 잠재적으로 사용될 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Kim DH, Ahn JH, Choi WM, Kim HS, Kim TH, Song J, et al. (April 2008). "Stretchable and foldable silicon integrated circuits". Science. 320 (5875): 507–511. Bibcode:2008Sci...320..507K. doi:10.1126/science.1154367. PMID 18369106. S2CID 5086038.
  2. ^ Yang JC, Mun J, Kwon SY, Park S, Bao Z, Park S (November 2019). "Electronic Skin: Recent Progress and Future Prospects for Skin-Attachable Devices for Health Monitoring, Robotics, and Prosthetics". Advanced Materials. 31 (48): e1904765. doi:10.1002/adma.201904765. PMID 31538370.
  3. ^ Cataldi P (2020). "Graphene–Polyurethane Coatings for Deformable Conductors and Electromagnetic Interference Shielding". Advanced Electronic Materials. 6 (9): 2000429. arXiv:2004.11613. doi:10.1002/aelm.202000429.
  4. ^ Cataldi P, Dussoni S, Ceseracciu L, Maggiali M, Natale L, Metta G, et al. (February 2018). "Carbon Nanofiber versus Graphene-Based Stretchable Capacitive Touch Sensors for Artificial Electronic Skin". Advanced Science. 5 (2): 1700587. doi:10.1002/advs.201700587. PMC 5827098. PMID 29619306.
  5. ^ Li X, Gu T, Wei B (December 2012). "Dynamic and galvanic stability of stretchable supercapacitors". Nano Letters. 12 (12): 6366–6371. Bibcode:2012NanoL..12.6366L. doi:10.1021/nl303631e. PMID 23167804.
  6. ^ Li X (2012). "Facile synthesis and super capacitive behavior of SWNT/MnO2 hybrid films". Nano Energy. 1 (3): 479–487. doi:10.1016/j.nanoen.2012.02.011.
  7. ^ Song Z, Ma T, Tang R, Cheng Q, Wang X, Krishnaraju D, et al. (2014). "Origami lithium-ion batteries". Nature Communications. 5: 3140. Bibcode:2014NatCo...5.3140S. doi:10.1038/ncomms4140. PMID 24469233.
  8. ^ Talbot D. "A skin patch prototype could someday end reliance on constant finger pricks for people with diabetes". MIT Technology Review. Retrieved 2017-11-08.
  9. ^ Someya T, Kato Y, Sekitani T, Iba S, Noguchi Y, Murase Y, et al. (August 2005). "Conformable, flexible, large-area networks of pressure and thermal sensors with organic transistor active matrixes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (35): 12321–12325. Bibcode:2005PNAS..10212321S. doi:10.1073/pnas.0502392102. PMC 1187825. PMID 16107541.

외부 링크