MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Инженеры Университета Райс (Rice University) разработали устройство, которое спекает токопроводящие чернила прямо на живых тканях, костях и хирургических имплантах — без повреждения поверхности. Устройство Meta✴-NFS передаёт в материал 79,5 % микроволновой мощности против 8,5 % у стандартных зондов, концентрируя энергию в зоне менее 200 микрометров.
Источник изображений: rice.edu
Meta✴-NFS расшифровывается как metamaterial-inspired near-field electromagnetic structure — структура электромагнитного ближнего поля на основе метаматериалов. Устройство объединяет разрезной кольцевой резонатор с конусообразным наконечником: резонатор захватывает и усиливает электромагнитную энергию, наконечник сжимает её до зоны менее 200 микрометров (0,008 дюйма). В результате нанесённый материал разогревается выше 160 °C, а несущая поверхность остаётся холодной.
Роль посредника выполняет графен, который поглощает до 50 % микроволновой энергии, тогда как инфракрасный лазер обеспечивает поглощение лишь на уровне 2,3 %. Регулируя мощность в реальном времени, исследователи меняют кристаллическую структуру наночастиц прямо в ходе печати — без смены материалов. Удельное сопротивление чернил на основе наночастиц серебра варьируется более чем на три порядка, вплоть до значений, близких к проводимости чистого серебра.
До сих пор печатная электроника упиралась в один барьер: печь или лазер нагревают всё в зоне досягаемости, что разрушает живые ткани и большинство медицинских материалов. Лазерное спекание требовало, чтобы поверхность поглощала излучение строго определённой длины волны — это изначально исключало большинство биологических и медицинских материалов.
Микроэкструзионное сопло наносит токопроводящие чернила, пока соседний зонд Meta✴-NFS одновременно фокусирует микроволновую энергию на свежеотпечатанный материал, спекая его наночастицы в рабочие электрические цепи в режиме реального времени
Команда напечатала токопроводящие микроструктуры на живом растительном листе, пластике, силиконе, бумаге и непосредственно на бедренной кости быка. На кости разместили беспроводной датчик деформации, который фиксировал малые механические отклонения. Схема в силиконовой оболочке сохраняла электропроводность более 300 секунд под водой; незащищённая разрушалась за 2,5 секунды.
Наиболее близкое к практике применение — датчики износа в ортопедических имплантатах. Команда уже напечатала беспроводные датчики на сверхвысокомолекулярном полиэтилене — материале большинства искусственных тазобедренных и коленных суставов. Датчики отслеживают износ и механические напряжения в режиме реального времени, не нарушая структуры импланта и не требуя дополнительных операций. Следующие направления — проглатываемые диагностические системы, устройства прямого сопряжения с органами и роботы с электроникой, встроенной в конструкцию.
Объёмные электропроводящие конструкции, напечатанные послойным методом с применением Meta✴-NFS: устройство спекает каждый слой наночастиц серебра непосредственно в ходе печати, формируя свободностоящие трёхмерные структуры без термического воздействия на окружающую поверхность
«Возможность избирательно нагревать печатаемые материалы позволяет задавать их функциональные свойства в нужных точках пространства даже в окружении термочувствительных материалов, — сообщил руководитель исследования, младший профессор кафедры машиностроения Школы инженерии и вычислительных наук имени Джорджа Р. Брауна при Университете Райс Йон Линь Кон (Yong Lin Kong). — Это позволяет размещать электронику произвольной конфигурации на широком спектре основ, включая биополимеры и живые ткани, с помощью настольного принтера — без сложных производственных условий и трудоёмких ручных операций».
Источники:
