Teadlased: suudame nüüd sama masinaga 3D printida kõiki elektroonika komponente

Teadlaste välja prinditud elektroonika jaoks pole vaja miljardeid maksvaid puhasruume ja kallist tehasesisustust. Kiipe võib hakata igaüks oma kodus või garaažis tegema. Foto: teadustöö / MIT

Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlaste juhuslik avastus võib muuta elektroonikakomponentide tootmise senisest palju kättesaadavamaks. Nimelt tegid nad üllatava avastuse – leidsid viisi, kuidas 3D-printida toimivat elektroonikat, nagu transistoreid ja elektrisignaale juhtivaid komponente ilma eriliste pooljuhtide või kalli tootmistehnoloogiata. Kui seda meetodit edasi täiustada, saab kasvõi kodus välja printida igasuguseid mikroskeeme.

Elektroonika 3D-printimisel kasutatakse erinevaid materjale, nagu termoplast, vaik, keraamika ja metall, mida paigutatakse kihthaaval järjestikku, et luua kolmemõõtmelisi asju.

Seega on võimalik printida kõike alates ehetest ja mööblist kuni hooneteni. Kuid seni pole töötava elektroonika printimine olnud võimalik. Põhiliseks takistuseks olid pooljuhid, mis valmistatakse tavaliselt puhtast ränist õhukeste kihtidega kiipidena. Need on väga haprad ning vastuvõtlikud tolmule, temperatuurile ja niiskusele, seetõttu toodetakse neid puhasruumides, kus kontrollitakse väga rangelt kõiki keskkonnategureid.

Samuti on tänapäeva kiipide disain erakordselt keerukas – nanomeetri täpsusega asetatakse miljardid transistorid tillukesele protsessorile. Nutitelefonides on tavaliselt miljardeid transistore.

Räni polegi vaja

MIT-i teadlaste eesmärk polnud aga moodsa tarbeelektroonika kiibi loomine ja nad ei kasutanud selleks isegi ränipõhiseid pooljuhte, nagu tavaks. Teadlased töötasid hoopis välja magnetmähised, kasutades ekstrusiooniprintimist ühe hoopis teise projekti raames. Seejuures märkasid nad, et vase nanoosakestega rikastatud polümeermaterjalil tekkis elektrivoolu läbimisel märkimisväärne takistuse tõus, mis voolu katkemisel kohe kadus.

See omadus sarnaneb just täpselt ränipõhiste pooljuhtide käitumisele transistoris, mis on kaasaegse kiibitehnoloogia aluseks ning neid kasutataksegi loogikaväravate loomiseks protsessorites.

Selline näeb välja 3D prinditava elektroonika põhikomponent. Foto: teadustöö / MIT

«See avastus võib aidata viia 3D-printimise uuele tasemele,» ütles MIT-i Microsystems Technology Laboratories teadlane Luis Fernando Velásquez-García, «ühtlasi pakub see selget viisi elektroonilisele seadmele täiendava nutikuse lisamiseks.»

Uuringurühm demonstreeris täielikult 3D-prinditud dioode ja transistore, kasutades odavat polümeermaterjali. Need seadmed on küll lihtsad, kuid olulised komponendid elektroonikaseadmetes, mis tavaliselt nõuavad keerukalt töödeldavaid pooljuhte.

Biolagunev elektroonika võib pärast kasutamist ära haihtuda

Ligikaudu paarisaja mikromeetri suurused transistorid ei ole nii väikesed ega võimsad nagu näiteks iPhone´i protsessoris olevad, kuid need on vastupidavad ja sobivad lihtsateks rakendusteks, näiteks mootorit juhtiva lüliti rolli või muude integreeritud ahelate osaks.

«Tegelikkuses ei vaja paljud insenertehnilised rakendused praeguse aja parimaid kiipe,» selgitas Velásquez-García, «lõppkokkuvõttes on oluline, kas seade suudab ülesande täita. See tehnoloogia vastab just taolisele nõudele.»

Kuna meetod põhineb biolaguneval materjalil ja ei vaja puhasruume, võib see tehnoloogia leida kasutust seal, kus kõrgetasemeline tootmine on keeruline, näiteks kaugetes teaduslaborites ja kosmoses.

Ootamatut avastust võiks võrrelda tõelise õnneliku juhusega, kirjutab MIT oma teadusuudises. Uuringu tulemused on avaldatud ajakirjas «Virtual and Physical Prototyping».