3D-печать углеродных нанотрубок упростит производство гибких биодатчиков

В ходе прошедшей на прошлой неделе в Еврейском университете в Иерусалиме конференции по технологическим инновациям в области перспективных материалов был продемонстрирован целый набор решений на основе нанотехнологий. Среди них был представлен метод аддитивного производства датчиков на основе углеродных нанотрубок (УНТ). Израильские исследователи продемонстрировали возможность использования струйной 3D-печати для недорогого производства сенсоров на основе УНТ, пригодных для изготовления портативной электроники, включая носимые биодатчики. Исследования ведутся командой ученых под руководством профессоров Йоси Палтиэля и Шломо Магдасси из Еврейского университета в Иерусалиме. Полученные результаты говорят о возможности производства широкого ассортимента миниатюрных электронных компонентов и устройств, включая сенсоры, транзисторы и передатчики. Датчики на основе углеродных нанотрубок уже существуют и играют важную роль в производстве электронного и оптоэлектронного оборудования. К сожалению, спектр их применения пока органичен ввиду производственных сложностей. Существующие углеродные трубки непрозрачны, дороги (особенно в больших массивах), требуют нанесения на жесткие субстраты и с трудом поддаются интеграции в миниатюрные объекты.

Все это ограничивает возможности нанотрубок, так как для максимальной практической пользы требуется именно гибкость, если устройства предназначены для ношения, и интеграция в машинные элементы. «В настоящее время используется традиционный подход к объединению рабочих элементов и датчиков, как с точки зрения дизайна, так и практического применения. В результате структура и функциональность машинных элементов и датчиков отделяются друг от друга», – рассказывают создатели. «Машинные элементы и сенсоры играют ключевую роль в работе интерактивных устройств, но во многих случаях они выполняют одну и ту же измерительную функцию». Другими словами, традиционный подход тормозит миниатюризацию электронных устройств и делает коммерчески выгодное производство носимых, гибких биосенсоров почти невозможным. Израильские ученые считают, что изменить существующие устои можно с помощью струйной 3D-печати. Как говорится в пресс-релизе, 3D–печать позволяет контролировать процесс нанесения нанокристаллических материалов и создания углеродных нанотрубок на гибких поверхностях. Использование различных нанокристаллов позволяет осуществлять точную настройку чувствительности оптических датчиков в пределах диапазона видимого и ультрафиолетового света. Кроме того, технология позволяет работать при комнатной температуре и отличается сравнительной дешевизной благодаря эффективному использованию материалов и производственных площадей.

Хотя тонкости новой технологии пока держатся в секрете, известно, что процесс легко поддается масштабированию и может быть использован для построения наноструктур на различных поверхностях, включая гибкие. В частности, указывается возможность применения новой технологии в автомобилестроении и строительстве. «Можно интегрировать датчики в механические компоненты, тем самым создавая гибридные элементы, способные выполнять механические функции и одновременно оценивать собственную производительность», – поясняют разработчики. Подобная функциональность будет иметь высокую ценность в производстве интерактивных систем и сенсоров – например, дозиметрического оборудования и человеко-компьютерных интерфейсов. Команда уже продемонстрировала первые практические результаты и запатентовала технологию. Следующим шагом будут исследования на предмет интеграции гибридных элементов в различные решения, включая устройства с тактильным интерфейсом. Одновременно будет вестись поиск коммерческих партнеров для дальнейшей разработки и коммерциализации новой технологии. Можно предположить, что реализацией займется компания Nano Dimensions, успешно внедряющая текущие наработки профессора Магдасси и его команды в сфере электронной 3D-печати.