Elektroniki zinazobadilika zinawakilisha mabadiliko makubwa kutoka kwa mifumo ngumu ya msingi wa silikoni, yanayoendeshwa na mahitaji ya vifaa vinavyoweza kuvaliwa, vinavyofaa, na vyenye uzito mwepesi. Kikwazo muhimu kimekuwa nyenzo ya uunganishaji wa umeme. Ingawa Indiamu Stani Oksaidi (ITO) inatumika kila mahali, ukatili wake na uhaba wa indiamu ni vikwazo vikubwa. Utafiti huu unawasilisha mbadala mzuri: mitandao ya nanonetworks ya Platini (Pt) yenye uunganishaji wa umeme iliyotengenezwa kwenye viunzi vya polyimide (PI) vinavyobadilika. Uvumbuzi mkuu upo katika mchakato rahisi wa matibabu ya angahewa unaosababisha kutenganishwa kwa awamu ndogo katika filamu iliyowekwa ya aloi ya Platini-Seriamu (Pt-Ce), na kuunda mtandao wa Pt ndani ya matriki ya kuwaka ya CeO₂. Muundo huu unaahidi kubadilika bora kwa mitambo na uthabiti wa umeme chini ya kupinda kurudiarudia.
Utengenezaji hupita litografia ngumu, na kutoa njia inayoweza kuongezeka.
Kiunzi safi cha polyimide (PI) kinaandaliwa. Filamu nyembamba (~50 nm) ya aloi ya Platini-Seriamu (Pt-Ce) huwekwa kwa usawa kwenye uso wa PI. Muundo maalum na njia ya uwekaji (k.m., sputtering) ni vigezo muhimu vya awali vinavyobaini muundo wa mwisho wa nanotexture.
Hatua muhimu inahusisha kupasha joto sampuli ya Pt-Ce/PI katika angahewa iliyodhibitiwa iliyo na Monoksidi ya Kaboni (CO) na Oksijeni (O₂). Tiba hii husababisha mmenyuko wa hali ngumu na kutenganishwa kwa awamu ndogo. Seriamu (Ce) hutiwa oksijeni kwa kuchagua ili kuunda chembechembe za Seriamu Dioxide (CeO₂) zinazowaka. Wakati huo huo, atomi za Platini (Pt) hukusanyika ili kuunda mtandao unaoendelea wa nanonetworks yenye uunganishaji wa umeme unaozunguka visiwa vya CeO₂. Joto na muda wa tibu hii ni vigezo muhimu vya udhibiti.
Microscopy inaonyesha nanotexture. Tibu yenye mafanikio hutoa mtandao unaoendelea, kama wavuti wa Pt (unaonekana mkubwa zaidi katika SEM). Hali zilizoshindwa (k.m., joto/muda mwingi) husababisha visiwa vya nano vya Pt vilivyotengwa kutoka kwa kila mmoja, vilivyowekwa ndani ya matriki ya CeO₂.
Mitandao ya nanonetworks ya Pt yenye uunganishaji inaonyesha uthabiti wa kushangaza. Upinzani wa karatasi unabaki takriban mara kwa mara kwa ~2.76 kΩ/sq hata baada ya mizunguko 1000 ya kupinda kwa vipenyo mbalimbali hadi 1.5 mm. Hii inaonyesha uundaji mdogo wa mikunjo ndogo, njia ya kushindwa ya kawaida katika ITO.
Uchambuzi wa LCR hutoa saini ya kuvutia ya umeme. Mtandao wa nanonetworks wenye uunganishaji unaonyesha mwitikio wa masafa kama inductor, ukionyesha njia ya umeme inayoendelea na inductance ya kizazi. Kinyume chake, visiwa vya nano vilivyotengwa vinaonyesha tabia kama capacitor, kama inavyotarajiwa kwa chembe za umeme zilizotengwa na dielectric ya kuwaka (CeO₂). Hii hutumika kama uchunguzi wa moja kwa moja wa umeme wa microstructure.
Uundaji wa mtandao wa nanonetworks unatawaliwa na kinetiki na thermodynamics. Mchakato huu unaweza kufasiriwa kwa kutumia mchoro wa mabadiliko ya wakati-joto (TTT) kwa mfumo wa aloi ya Pt-Ce chini ya angahewa maalum ya gesi inayofanya kazi.
Nguvu ya kuendesha mmenyuko ni oksidisho ya Ce: $\text{Ce} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CeO}_2$. Jukumu la CO ni uwezekano kama kitu cha kupunguza ili kuzuia oksidisho ya Pt na/au kubadilisha nishati ya uso ili kukuza umbo linalohitajika.
Uelewa wa Msingi: Hii sio tu nyenzo mpya; ni hack ya usindikaji wa nyenzo mzuri. Watafiti wamebadilisha matumizi ya jambo la metallurgical—kutenganishwa kwa awamu ndogo kwa kusukumwa na oksidisho la kuchagua—kuwa zana ya hatua moja, isiyo na litografia ya muundo kwa waendeshaji wanaobadilika. Ujanja halisi ni kutumia vipimo vya LCR kama dhamana rahisi, isiyoharibu muundo wa uunganishaji, hila ambayo tasnia ya elektroniki zinazobadilika inapaswa kuzingatia.
Mtiririko wa Mantiki: Mantiki ni nzuri: 1) ITO ni ngumu na nadra → inahitaji mbadala wa msingi wa metali. 2) Litografia ya metali ni ngumu → inahitaji mchakato wa kujipanga. 3) Aloi + mmenyuko wa kuchagua = muundo wa in-situ. 4) Uunganishaji ni kila kitu → pima kwa umeme (LCR). Utafiti huu unachora kwa uangalifu dirisha la mchakato, na kugeuza uchunguzi kuwa kichocheo kinachoweza kurudiwa.
Nguvu na Kasoro: Nguvu haiwezi kukataliwa: unyenyekevu, uwezekano wa kuongezeka, na uimara wa kushangaza wa kupinda. Hata hivyo, upinzani wa karatasi (~2.76 kΩ/sq) ndio kisigino cha Achilles yake. Ni amri kadhaa za ukubwa zaidi kuliko ITO (~10-100 Ω/sq) au hata mitandao mingine ya metali. Hii inaizuia kwa matumizi yasiyohitaji sasa kubwa au uunganishaji wa hasara ndogo, kama sensorer fulani au elektrodi, lakini inazuia maonyesho ya usahihi wa juu au transistor za haraka. Kutegemea Platini, metali ya thamani, pia kunainua wasiwasi wa gharama kwa uzalishaji mkubwa, ingawa safu nyembamba sana inapunguza hii kwa kiasi fulani.
Uelewa Unaoweza Kutekelezwa: Kwa timu za R&D: Zingatia uhandisi wa aloi. Je, tunaweza kubadilisha Pt na mfumo wa Pd-Ag au Au-Cu ili kurekebisha gharama na conductivity? Je, CeO₂ inaweza kufutwa ili kuunda mtandao safi wa daraja la hewa wa Pt, na kwa uwezekano kupunguza upinzani? Kwa watengenezaji wa bidhaa: Teknolojia hii iko tayari kwa matumizi maalum, ya kubadilika sana ambapo conductivity ni ya pili kwa uhakika—fikiria juu ya bio-elektrodi zinazowekwa ndani au sensorer za mkazo zinazobadilika katika mazingira magumu. Usijaribu kubadilisha ITO katika maonyesho bado; badala yake, anzisha soko ambapo ITO inashindwa kabisa.
Kazi hii inalingana na mwelekeo mpana wa kutumia kujipanga na kutenganishwa kwa awamu kwa nanofabrication, inayokumbusha mbinu zinazotumiwa katika litografia ya copolymer ya block au kufuta aloi ili kuunda metali za nanoporous. Mchango wake ni katika kutumia kanuni hii hasa kwa changamoto ya elektroniki zinazobadilika na uhusiano wazi wa mchakato-muundo-mali.
Mfumo wa Kutathmini Waendeshaji Wapya Wanaobadilika:
Mfano wa Kesi – Uchunguzi wa Matumizi:
Hali: Kampuni inahitaji elektrodi inayobadilika kwa kifaa kipya cha kufuatilia sukari ya damu kinachohitaji kustahimili mabadiliko ya ngozi kwa siku 7.
Uchambuzi:
Matumizi ya Karibu (miaka 3-5):
Mwelekeo wa Utafiti na Maendeleo: