phi - Технология производства Ганновер сообщает

  1. Молодые сторонники из-за рубежа
  2. Легко снаружи, разнообразно внутри
  3. Бумага как материал будущего?

Дженни Блэкберн из Университета Пердью осматривает датчики распыленной бумаги. (Фото: Осенний Пратт)

ИМПТ | Можно ли создавать новые идеи, которые создаются на бумаге, в том числе на бумаге? Можно ли интегрировать датчики для компьютеров или смартфонов в лист бумаги? Ученые из Института технологии микропроизводства (IMPT) работают над этим видением будущего.

Бумага является экологически чистым ресурсом, устойчивым, дешевым и обильным. Но можно ли использовать бумагу для производства технических устройств? Да, говорит Мерием Акин, которая три года исследует бумагу в качестве сырья для технологии производства. Например, бумага может быть спаяна, гальванизирована и нанесена с помощью фотолитографии. «Сначала я не думал, что это сработает», - говорит Акин. «Но бумага очень гибкая и намного надежнее, чем вы думаете».

Для своей докторской диссертации в IMPT, Akin разработала недорогой бумажный датчик - так называемый анизотропный магниторезистивный (AMR) датчик, который использует слабое магнитное поле для измерения вращательного движения. Например, датчики AMR фиксируют, находится ли смартфон в вертикальном или поперечном положении или открыт или закрыт ноутбук.

Молодые сторонники из-за рубежа

Магниторезистивные датчики обычно изготавливаются на основе полупроводников и полимеров, но исследование той же технологии на бумаге - это другой мир. Нетрадиционный материал очаровывает не только Акина, но и молодых ученых со всего мира, включая Осеннего Пратта из Университета Айдахо и Дженни Блэкберн из Университета Пердью. Эти два студента бакалавриата были завербованы в ИМПТ для краткосрочного пребывания в этом году Акином и помогли с производством и характеристикой экспериментов на основе бумажного датчика AMR.

Американские студенты исследовали бумагу под микроскопом, в чистой комнате и в качестве носителя датчика и сделали захватывающие наблюдения: например, точное разрезание структуры бумаги под микроскопом ведет себя как разрезание сырного пирога, является одним из забавных анекдотов в их исследовательских отчетах, говорит Акин.

Легко снаружи, разнообразно внутри

Снаружи лист бумаги может показаться однородным и чрезвычайно простым. Однако тщательный инженерный взгляд обнаруживает ряд сложных свойств, таких как стохастическое трехмерное распределение волокна по поверхности бумаги, воздух, заполняющий бумагу, или деформируемость листа бумаги. «Это далеко от того, что классически подготовленный инженер выбрал бы в качестве основы для создания микродатчиков AMR», - говорит Мерием Акин.

В ходе своей докторской диссертации она получила представление о взаимодействии между текстурой бумаги и магнитными слоями - с одной стороны, с помощью компьютерного моделирования, а с другой - с помощью эмпирических исследований. Обычные методы производства тонкопленочных технологий, такие как катодное распыление и тонкое структурирование с помощью теневых масок, были оптимизированы для покрытия бумажных подложек. Наконец, был разработан датчик AMR на основе рабочей бумаги, который может измерять повороты в плоскости от 0 до 180 градусов.

Бумага как материал будущего?

Обычный лист бумаги для принтера имеет толщину около 80 микрон. С другой стороны, кремниевая подложка, на которой обычно изготавливаются датчики, имеет размеры около 500 микрон. Таким образом, материал из бумаги может помочь получить микросенсоры даже тоньше, чем раньше.

Прежде всего, бумага может служить технологией устойчивого производства - ведь целлюлоза является богатым и возобновляемым природным ресурсом, говорит Акин. Поскольку бумага легко доступна и недорога, ее можно использовать, например, для аддитивного производства прототипов продукции. А бумажные датчики могут сделать ранее дорогие технологии намного дешевле. «Бумага может сделать гораздо больше, чем просто одноразовые стаканчики и газеты», - говорит Мерием Акин. «У меня много идей на будущее».

Можно ли интегрировать датчики для компьютеров или смартфонов в лист бумаги?
Но можно ли использовать бумагу для производства технических устройств?
Бумага как материал будущего?