Ученые создали «электронные чернила» для печати гибкой электроники

Ученые разработали новый тип «электронных чернил», которые можно использовать для печати электронных схем, способных переключаться между твердым и мягким состоянием при нагревании.

Эта технология может открыть путь к созданию электронных устройств нового поколения, меняющих форму и жесткость в зависимости от условий использования — от медицинских имплантов, которые смягчаются внутри тела, до гибких роботов.

Чернила состоят из галлия — металла, твердого при комнатной температуре, но плавящегося при температуре ниже 37°C (98,6°F), — и полимерного растворителя, который разрушается при слабом нагреве. В результате получается стабильное, пригодное для печати вещество, которое становится электропроводным после нагревания и может изменять свою жесткость в зависимости от температуры.

Результаты исследования были опубликованы 30 мая в журнале Science Advances.

«Это открывает новые возможности для персонализированной электроники, медицинских устройств и робототехники», — заявил соавтор исследования Джей-Вун Чон, профессор электротехники Корейского института передовых технологий (KAIST).

От жесткой электроники к адаптивным материалам

Современная электроника делится на два типа:

• Жесткие устройства (смартфоны, ноутбуки) — обеспечивают производительность и долговечность, но лишены гибкости.

• Мягкие системы (носимая электроника) — удобнее в использовании, но сложнее в производстве и интеграции с другими компонентами.

Электроника с регулируемой жесткостью призвана объединить преимущества обоих типов, позволяя устройствам переключаться между состояниями по необходимости.

Галлий давно привлекал внимание ученых благодаря своим свойствам: в твердом виде он прочен, а в жидком — пластичен. Однако его использование в печатной электронике было затруднено из-за высокой поверхностной натяжения и склонности к окислению на воздухе, что мешало равномерному распределению.

Как работают новые чернила?

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали метод диспергирования микрочастиц галлия в полимерную матрицу с использованием растворителя — диметилсульфоксида (ДМСО).

При нагревании напечатанной схемы растворитель разрушается, создавая слабокислую среду. Это удаляет оксидный слой с частиц галлия, позволяя им плавиться и объединяться в проводящие цепи.

Полученные чернила позволяют печатать элементы толщиной до 50 микрометров (тоньше человеческого волоса) и переключаться между жесткостью пластика и мягкостью резины. В тестах материал становился в 1400 раз мягче при нагревании.

Перспективные применения

Команда продемонстрировала две рабочие модели:

1. Носимый медицинский датчик — остается жестким при комнатной температуре, но смягчается при контакте с кожей для большего комфорта.

2. Гибкий нейроимплант — сохраняет жесткость во время операции для точной установки, а затем размягчается в мозге, снижая раздражение.

Чернила совместимы с традиционными методами производства, такими как трафаретная печать и погружное покрытие, что открывает путь к масштабированию технологии.

«Наше главное достижение — преодоление ограничений печати жидким металлом. Контролируя кислотность чернил, мы смогли создавать высокоточные схемы с регулируемой жесткостью», — отметил Чон.

Эта разработка может стать основой для «умной» носимой электроники, биосовместимых имплантов и адаптивной робототехники, меняющей свойства в реальном времени.