Science X
Novica iz Univerze v Cambridgeu
2020_290_
Raziskovalci so razvili nov pristop k tiskani elektroniki, ki omogoča izdelavo elektronike z izjemno majhno porabo, ki se lahko napaja le z zunanjo svetlobo ali radiofrekvenčnim šumom. Pristop utira pot poceni tiskani elektroniki, ki jo je mogoče brez težav vgraditi v vsakdanje predmete in okolja.
Elektronika, ki porabi malo energije, je ključnega pomena za razvoj interneta stvari, v katerem so vsakdanji predmeti povezani z internetom. Številne nove tehnologije, od nosljivih naprav do medicinskih naprav, pametnih domov in pametnih mest, potrebujejo poceni tranzistorje in elektronska vezja, ki lahko delujejo z minimalno porabo energije.
Tiskana elektronika je preprost in poceni način izdelave elektronike, ki bi lahko utrla pot k proizvodnji poceni elektronskih naprav na nekonvencionalnih podlagah, kot so oblačila, plastična folija ali papir – in s tem vsakdanjim predmetom zagotovila “inteligenco”.
Vendar pa morajo te naprave delovati z izjemno nizko porabo energije, da so uporabne v resničnih aplikacijah. Čeprav so tehnike tiskanja precej napredovale, ostaja poraba energije velik izziv – različne razpoložljive možne rešitve so bile namreč preveč zapletene za komercialno proizvodnjo.
Zdaj pa so raziskovalci z univerze v Cambridgeu v sodelovanju s sodelavci iz Kitajske in Saudske Arabije razvili nov pristop za izdelavo tiskane elektronike, ki bi ga lahko uporabili za izdelavo poceni naprav, ki se polnijo skoraj iz nič. Celo radijski signali iz okolice, ki nas obkrožajo, bi bili dovolj za njihovo napajanje. Rezultati njihovih raziskav so bili objavljeni v reviji ACS Nano.
Ker imajo komercialne baterije, ki napajajo številne naprave, omejeno življenjsko dobo in negativne vplive na okolje, raziskovalci razvijajo elektroniko, ki bi lahko avtonomno delovala z izjemno nizko porabo energije.
Tehnologija, ki so jo razvili ti raziskovalci, zagotavlja visokozmogljiva elektronska vezja, ki temeljijo na tankoplastnih tranzistorjih, ki so “ambipolarni”, saj uporabljajo samo en polprevodniški material za prenos negativnih in pozitivnih električnih nabojev v svojih kanalih v območju delovanja, imenovanem “globoki podprag “, kar pa v bistvu pomeni, da tranzistorji delujejo v območju, ki se običajno šteje za njihovo „izključeno“ stanje. Skupina je za imenovanje takšnega delovanja tranzistorja skovala besedno zvezo “globoko podpražni ambipolarni polprevodnik”, da bi s tem izpostavila njegove izjemno nizke delovne napetosti in porabo energije, ki sta doslej brez primere.
Če bi elektronska vezja v teh napravah napajala običajna AA baterija, so raziskovalci mnenja, da bi lahko brez prekinitve nemoteno delovale milijone let.
Skupina, v kateri so sodelovali raziskovalci z univerze Soochow, Kitajske akademije znanosti, univerze ShanghaiTech in Univerze za znanost in tehnologijo King Abdullah (KAUST), je kot ambipolarni polprevodnik uporabila natisnjene ogljikove nanocevke – izredno tanke ogljikove cevke, s čimer jim je v praksi uspelo doseči omenjene rezultate.
“Zahvaljujoč ambipolarnemu pristopu z globokim podpragom smo ustvarili tiskano elektroniko, ki ustreza zahtevam po moči in napetosti v resničnih aplikacijah in s tem odprli možnosti za daljinsko zaznavanje in za naprave, ki jih lahko “namestimo in pozabimo in ki lahko brez baterij delujejo celotno svojo življenjsko dobo,” je povedal soavtor Luigi Occhipinti s Cambridge-ovega oddelka za inženiring. “Bistveno je, da je naša tiskana elektronika z ultra nizko porabo enostavna in stroškovno učinkovita za izdelavo ter za premagovanje ovir glede trajanja neprekinjenega delovanja naprav na terenu.”
“Naš pristop k tiskani elektroniki bi lahko razširili tako, da bi naredili poceni naprave brez baterij, ki bi lahko pridobivale energijo iz okolja, na primer iz sončne svetlobe ali vseprisotnih zunanjih elektromagnetnh valov, kakršne ustvarjajo naši mobilni telefoni in WiFi postaje,” je dejal sovoditelj raziskav in avtor profesor Vincenzo Pecunia z univerze Soochow. Pecunia je nekdanji doktorski študent in podoktorski raziskovalec v laboratoriju Cambridge Cavendish.
Pomembno delo te skupine raziskovalcev utira pot novi generaciji elektronike z lastno oskrbo s pogonsko energijo za biomedicinske aplikacije, pametne domove, nadzor infrastrukture in eksponentno rastoči ekosistem naprav Interneta stvari.
Vir: https://techxplore.com/news/2020-10-easy-to-make-ultra-low-power-electronics-thin.html
