Elektroniki zinazobadilika zinawakilisha mabadiliko makubwa katika muundo wa vifaa, zikiwezesha mifumo nyepesi, inayopindika, na inayofaa kwa matumizi kuanzia vipima afya vinavyovaliwa hadi skrini zinazokunjika. Kikwazo muhimu katika uwanja huu kimekuwa ukuzaji wa nyenzo za kondakta zenye uimara na utendaji wa hali ya juu. Ingawa Indiamu Stani Oksaidi (ITO) imekuwa kiwango cha tasnia, ukatili wake wa asili na uhaba wa indiamu huzuia uwezekano wake kwa matumizi yanayohitaji mabadiliko ya mitambo yanayorudiwa.
Kazi hii inatanguliza njia mbadala mpya: mitandao ya nanonetworks ya Platini (Pt) yenye uunganishaji umeme inayotengenezwa kwenye vifaa vya polyimide (PI) vinavyobadilika. Uvumbuzi mkuu upo katika mchakato wa utengenezaji unaotumia matibabu ya angahewa kusababisha kutenganishwa kwa awamu ya nanoscale katika filamu nyembamba ya aloi ya Platini-Seriamu (Pt-Ce). Mchakato huu huunda mtandao wa kupenya wa waya za nanoscale za Pt zilizowekwa ndani ya matriki ya kuwatenga ya Seriamu Dioksidi (CeO₂), na kusababisha nyenzo zinazochanganya uwezo wa kupanuka wa mitambo na uendeshaji thabiti wa umeme.
Utengenezaji wa mitandao ya nanonetworks ya Pt ni mchakato wa hatua mbili ulioundwa kwa urahisi na uwezekano wa kuongezeka kwa kiwango.
Filamu nyembamba (takriban 50 nm) ya aloi ya Platini-Seriamu (Pt-Ce) huwekwa kwenye kifaa safi cha polyimide (PI) kwa kutumia mbinu ya uwekaji wa mvuke wa kimwili, kama vile kusafirisha. Uchaguzi wa PI ni muhimu kutokana na uthabiti wake wa joto na uwezo wake mzuri wa kupanuka wa mitambo.
Filamu ya aloi iliyowekwa kisha hufanyiwa matibabu ya kudhibitiwa ya angahewa kwenye joto la juu. Mazingira ya matibabu yanajumuisha mchanganyiko wa gesi ya Kaboni Monoksidi (CO) na Oksijeni (O₂). Matibabu haya ndiyo ufunguo wa mchakato:
Kumbukumbu ya Kuona: Kielelezo 1 kwenye PDF kinatoa mchoro wa mchakato huu, ukionyesha mabadiliko kutoka kwa filamu sare ya Pt-Ce hadi muundo wenye muundo wa Pt (mtandao mwekundu) na CeO₂ (kijani) kwenye PI.
Uchambuzi wa kwa kutumia darubini (k.m., SEM, TEM) unathibitisha umbo la nanoscale. Pt huunda mtandao wa kupenya, kama wavu wenye ukubwa wa sifa kwenye kiwango cha nanoscale. CeO₂ huunda awamu ya kutenganisha, isiyoendelea. Utafiti huu umefanikiwa kutengeneza "mchoro wa awamu" wa usindikaji, ukibainisha madirisha halisi ya wakati-joto ambayo hutoa mitandao yenye uunganishaji dhidi ya visiwa vilivyotengwa.
~2.76 kΩ/sq
Upinzani wa Karatasi uliodumishwa baada ya mizunguko 1000 ya kupinda
1.5 mm
Kipenyo cha chini cha kupinda kilichojaribiwa
Mitandao ya nanonetworks ya Pt inaonyesha uimara wa kushangaza wa mitambo. Upinzani wa karatasi unabaki thabiti kwa takriban 2.76 kΩ/sq hata baada ya mizunguko 1000 ya kupinda kwenye vipenyo mbalimbali, hadi kwenye radius nyembamba ya 1.5 mm. Utendaji huu unatofautiana kabisa na ITO, ambayo kwa kawaida hupasuka na kushindwa chini ya hali sawa.
Spektroskopi ya Impedance (vipimo vya LCR) inafunua tofauti ya msingi katika tabia ya umeme kulingana na umbo:
Ishara hii ya umeme hutumika kama zana yenye nguvu ya utambuzi ili kuthibitisha umbo la muundo uliolengwa wenye uunganishaji.
Sifa za umeme za mtandao wa nanoscale zinaweza kuigwa kwa kutumia nadharia ya kupenya na makadirio ya kati yenye ufanisi. Upinzani wa karatasi $R_s$ unatawaliwa na uunganishaji wa mtandao wa Pt. Kwa mtandao wa kupenya wa 2D karibu na kizingiti cha kupenya, unaweza kuelezewa na:
$R_s \propto (p - p_c)^{-t}$
ambapo $p$ ni sehemu ya kiasi cha Pt, $p_c$ ni kizingiti muhimu cha kupenya, na $t$ ni kipeo muhimu (kwa kawaida ~1.3 kwa 2D). Tiba ya angahewa inadhibiti moja kwa moja $p$ na uunganishaji, na hivyo kurekebisha $R_s$.
Tabia kama inductor hutokana na self-inductance $L$ ya vitanzi vya waya vya nanoscale ndani ya mtandao: $Z_L = j\omega L$, ambapo $\omega$ ni masafa ya angular. Tabia kama capacitor katika miundo ya visiwa hutokana na capacitance ya makutano $C$ kati ya visiwa: $Z_C = 1/(j\omega C)$.
Mfumo wa Kutathmini Kondakta Mpya Zinazobadilika:
Mfano wa Kesi - Mtandao wa Nanonetworks ya Pt dhidi ya Teknolojia ya Kushindana: Linganisha mchakato huu wa Pt na mbinu ya kawaida ya kufukizia waya za nanoscale za Ag. Ingawa waya za nanoscale za Ag zinaweza kufikia $R_s$ ya chini hapo mwanzo, mara nyingi hukumbwa na mshikamano duni, oksidishaji, na kutotulia kwa upinzani wa makutano chini ya kupinda. Mtandao wa nanonetworks ya Pt, ulioundwa in-situ na kutiwa sehemu, unaweza kutoa uthabiti bora wa kimazingira na uimara wa makutano, ingawa kwa gharama ya juu ya nyenzo. Uchambuzi ungepima mizani hii kwa bidhaa maalum, kama sensorer ya kibiolojia inayowekwa ndani kwa muda mrefu ambapo uthabiti unazidi uendeshaji wa awali.
Matumizi ya Karibuni:
Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:
Karatasi hii sio tu kuhusu nyenzo mpya; ni mfano bora wa usindikaji wa sifa unaoendeshwa na mchakato. Watafiti wamebaini nafasi bora katika usindikaji wa nyenzo—matibabu ya angahewa ya aloi ya binary—ambayo huamua moja kwa moja umbo wa nanoscale (mtandao dhidi ya visiwa), ambayo kwa upande wake huunda mwitikio wa umeme wa kiwango kikubwa (inductive dhidi ya capacitive). Msururu huu wa sababu na athari kutoka kwa kigezo cha mchakato hadi kazi ni wazi na unaonyesha kanuni muhimu ya muundo kwa nyenzo za nanoscale za kazi.
Mantiki ni ya kulazimisha: 1) ITO inashindwa kimitambo. 2) Mitandao ya metali ni suluhisho, lakini utengenezaji ni mgumu. 3) Suluhisho lao: tumia mmenyuko wa kikemia wa kujipanga (kutenganishwa kwa awamu) kukuza mtandao in-situ. 4) Thibitisha inafanya kazi kwa data thabiti ya umeme na mitambo. 5) Toa maelezo ya kina ya fizikia kwa kutumia LCR kuunganisha umbo na elektroniki. Mtiririko kutoka shida hadi suluhisho la sintetiki hadi uchambuzi wa msingi hauna mapungufu.
Nguvu: Mbinu hii ni rahisi zaidi kuliko lithografia ya hatua nyingi, na inatoa njia inayowezekana ya kuongezeka kwa kiwango. Data ya uimara wa mitambo (mizunguko 1000 kwenye 1.5mm) ni ya kushawishi na inashughulikia moja kwa moja hatari kuu ya ITO. Kutumia LCR kama zana ya utambuzi wa kimuundo ni busara na inatoa uelewa wa thamani ya juu.
Mapungufu Muhimu: Tatizo kubwa ni upinzani wa karatasi wa 2.76 kΩ/sq. Hii ni zaidi ya ukubwa wa utaratibu kuliko ITO (~10-100 Ω/sq) au hata mitandao mingine ya metali. Kwa matumizi mengi ya skrini au masafa ya juu, hii haiwezekani. Karatasi inapita juu ya hili, ikilenga uthabiti. Zaidi ya hayo, matumizi ya Platini, metali ya thamani, yanainua wasiwasi mkubwa wa gharama na uwezekano wa kuongezeka kwa kiwango kwa elektroniki za watumiaji, ingawa inaweza kuhalalishwa kwa vifaa vya matibabu maalum. Mchakato pia unahitaji joto la juu, ambalo linaweza kuzuia uchaguzi wa vifaa.
Kwa timu za Utafiti na Maendeleo: Badilisha kutoka kwa Pt. Uvumbuzi mkuu ni utaratibu wa kutenganishwa kwa awamu. Kazi ya kufuata ya haraka inapaswa kutumia mfano huu wa matibabu ya angahewa kwenye mifumo ya aloi yenye wingi zaidi na yenye uendeshaji (k.m., Cu-X, Ag-X) ili kupunguza $R_s$ na gharama. Kwa wakuzaji wa bidhaa: Lenga matumizi sahihi. Usijaribu kubadilisha ITO kwenye skrini bado. Badala yake, zingatia masoko ambayo uaminifu wa mitambo ni muhimu zaidi na upinzani wa juu unaweza kustahimili—fikiria kuhusu sensorer zinazowekwa ndani au za ngozi kwa muda mrefu, ambapo uwezo wa kuishi pamoja na Pt ni faida kubwa. Ushindi wa kwanza wa kibiashara wa teknolojia hii utakuwa katika nafasi maalum ya thamani ya juu, yenye utendaji muhimu, sio soko la umma.
Kazi hii inanikumbusha siku za mwanzo za CycleGAN (Zhu et al., 2017) katika tazamio la kompyuta. CycleGAN ilianzisha mfumo mzuri, usio na usimamizi wa kutafsiri picha-hadi-picha kwa kuchukua faida ya uthabiti wa mzunguko. Vile vile, karatasi hii inaanzisha mfumo mzuri, in-situ wa kuunda mitandao ya kondakta kwa kuchukua faida ya mmenyuko wa kikemia unaojizuia. Zote mbili ni za msingi katika mbinu zao, na zinatoa "kiolezo" kipya kwa wengine kujenga juu yake na kubadilika kwa nyenzo tofauti (kama kubadilisha mitindo ya kisanii katika CycleGAN kwa aloi tofauti za metali hapa) ili kutatua seti pana ya matatizo.