Mạch origami 3-D có thể cách mạng hóa các thiết kế điện tử

Origami, nghệ thuật gấp giấy nổi tiếng của Nhật Bản, tạo ra các cấu trúc 3D phức tạp từ giấy 2D phẳng. Mặc dù việc tạo ra một con thiên nga bằng giấy có thể rất hấp dẫn nhưng ý tưởng tạo ra các mạch điện 3-D dựa trên các nguyên tắc thiết kế tương tự chỉ đơn giản là khó hiểu. Nghiên cứu nghe có vẻ khoa học viễn tưởng này là một dự án mà Jiwoong Park và các đồng nghiệp từ Đại học Chicago đã phát triển trong vài năm qua.

Sự tập trung của Park vào tổng hợp quy mô lớn và chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu siêu mỏng đã dẫn đến những cải tiến trong mô hình 2-D và sự ra đời của các thiết bị tích hợp theo chiều dọc 3-D. Ông sẽ trình bày chi tiết về cách xây dựng mạch điện và các ứng dụng tiềm năng của nó tại Hội nghị & Triển lãm Quốc tế AVS lần thứ 64, được tổ chức từ ngày 29 tháng 10 đến ngày 29 tháng 11. Ngày 3 tháng 1 năm 2017, tại Tampa, Florida.

sử dụng vật liệu mỏng nguyên tử, Park tổng hợp quy mô lớn mạch tích hợp có thể được ghép lại với nhau theo chiều ngang để tạo thành mô-đun 2-D. Trong dự án gần đây nhất của họ, nhóm của ông đã tích hợp theo chiều dọc các mô-đun 2-D này để tạo ra các ngăn xếp 3-D.

Theo truyền thống, các mạch được phát triển bằng cách sử dụng các nền tảng chất nền cồng kềnh, như silicon, và cho đến gần đây vẫn không thể hoạt động độc lập. Các mạch chỉ dựa trên vật liệu mỏng cấp nguyên tử sẽ giải phóng nghiên cứu khỏi những hạn chế thông thường này. Việc kết hợp nhiều khối xây dựng siêu mỏng khác nhau cũng cho phép tích hợp các đặc tính điện và nhiệt khác nhau trong cùng một mạch, tăng chức năng theo cấp số nhân.

“Đối với nghiên cứu của chúng tôi, trước tiên chúng tôi tạo ra vật liệu mỏng cấp nguyên tử giấy với [các] màu khác nhau biểu thị các tính chất điện, quang hoặc nhiệt khác nhau. Chúng tôi kết hợp chúng theo hướng bên, tương đương với việc khâu. Chúng tôi xếp chúng chồng lên nhau, đó là sự tích hợp theo chiều dọc. Bằng cách đó, chúng tôi đang cố gắng phát triển các mạch tích hợp có quy mô lớn, hoạt động đầy đủ bằng cách sử dụng các vật liệu mỏng cỡ nguyên tử này làm khối xây dựng 2D hoặc giấy màu,” Park nói.

Việc sử dụng những sản phẩm siêu mỏng này nguyên vật liệu, trái ngược với các thành phần và tài nguyên thông thường, cho phép tạo ra một mạch nhỏ hơn, nhưng đáng ngạc nhiên là không phải là mạch nhỏ đến mức hiển vi và do đó khó thao tác. Các thành phần 2-D được lắp ráp theo cách mà chúng có thể được xem bằng kính hiển vi quang học đơn giản hoặc thậm chí bằng mắt thường và có thể được xử lý tương ứng.

Các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này cũng rất rộng rãi. Tương tự như cách gấp được áp dụng trong các đồ vật được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như ô hoặc dù, tích hợp Chu trình sẽ có thể chứa một diện tích bề mặt lớn trong một thể tích tương đối cô đặc. Chức năng trong bối cảnh này có thể được áp dụng cho nhiều loại thiết bị mới sử dụng khả năng của mạch điện ngưng tụ.

“Điều chúng tôi quan tâm đến việc phát triển là cơ chế lấy tất cả các bề mặt và thành phần thiết bị này và gấp chúng lại thành những không gian chật hẹp. Theo gợi ý của chúng tôi, chúng tôi muốn chúng triển khai trên các bề mặt hoạt động thực sự lớn,” Park nói.