Растягиваемая электроника , также известная как эластичная электроника или эластичные схемы, представляет собой группу технологий для создания электронных схем путем осаждения или встраивания электронных устройств и схем в растяжимые подложки, такие как силикон или полиуретан , для создания завершенной схемы, которая может испытывать большие нагрузки без отказа . . В простейшем случае растяжимая электроника может быть изготовлена с использованием тех же компонентов, которые используются для жестких печатных плат, с жесткой подложкой, разрезанной (обычно в виде змеевика), чтобы обеспечить возможность растяжения в плоскости. [1] Тем не менее, многие исследователи также искали внутренне растяжимые проводники, такие как жидкие металлы . [2]
Одной из основных проблем в этой области является разработка подложки и межсоединений, которые должны быть растяжимыми , а не гибкими (см. Гибкая электроника ) или жесткими ( печатные платы ). Как правило, полимеры выбирают в качестве подложки или материала для заливки. [3] При изгибе подложки внешний радиус изгиба будет растягиваться (см. Деформация в балке Эйлера-Бернулли , подвергая межсоединения высоким механическим напряжениям . Растягивающаяся электроника часто пытается биомимикрировать человеческую кожу и плоть ., будучи растяжимым, сохраняя при этом полную функциональность. Пространство дизайна для продуктов открывается с помощью растягиваемой электроники, включая чувствительную электронную кожу для роботизированных устройств [4] и имплантируемую в естественных условиях губчатую электронику.
Несколько растягиваемых накопителей энергии и суперконденсаторов изготавливаются из материалов на основе углерода, таких как одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT). Исследование Li et al. продемонстрировал растягиваемый суперконденсатор (состоящий из согнутой макропленки ОУНТ и эластомерных сепараторов на эластичной подложке из ПДМС), который выполнял динамическую зарядку и разрядку. [5] Основным недостатком этой растягиваемой технологии накопления энергии является низкая удельная емкость и плотность энергии, хотя это потенциально может быть улучшено за счет включения окислительно-восстановительных материалов, например электрода SWNT/MnO2. [6] Еще один подход к созданию растягиваемого накопителя энергии — использование принципов складывания оригами. [7]Получившаяся батарея оригами достигла значительной линейной и пространственной деформируемости, большой способности к скручиванию и изгибу.
Растягивающаяся электроника может быть интегрирована в умную одежду для беспрепятственного взаимодействия с человеческим телом и выявления заболеваний или сбора данных о пациентах неинвазивным способом. Например, исследователи из Сеульского национального университета и MC10 (компания, производящая гибкую электронику) разработали пластырь, способный определять уровень глюкозы в поте и доставлять необходимое лекарство (инсулин или метформин) по требованию. Пластырь состоит из графена, пронизанного частицами золота, и содержит датчики, способные определять температуру, уровень pH, уровень глюкозы и влажность. [8]Растягивающаяся электроника также позволяет разработчикам создавать мягких роботов для проведения малоинвазивных операций в больницах. Особенно, когда речь идет об операциях на головном мозге, где важен каждый миллиметр, у таких роботов может быть более точный объем действий, чем у человека.
Жесткая электроника обычно плохо приспосабливается к мягким биологическим организмам и тканям. Поскольку растягиваемая электроника этим не ограничивается, некоторые исследователи пытаются реализовать ее в виде сенсоров для осязания или тактильного восприятия. Одним из способов достижения этого является создание массива проводящих OFET (органических полевых транзисторов), образующих сеть, которая может обнаруживать локальные изменения емкости, что дает пользователю информацию о том, где произошел контакт. [9] Это может иметь потенциальное применение в приложениях робототехники и виртуальной реальности.