स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स: Difference between revisions

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* {{cite web | title = Stretchable Circuits is developing stretchable electronic systems | url = http://stretchable-circuits.com |archive-url = https://web.archive.org/web/20180201011248/http://stretchable-circuits.com/ | archive-date =  1 February 2017 }}
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इस कार्डियक गुब्बारे कैथेटर के चारों ओर लिपटे तापमान और ईकेजी संवेदक और एलईडी हैं। तार नम्य कुण्डली हैं। इसे उत्थापन एमईएमएस प्रक्रिया से निर्मित किया जाता है। निक्षारित सिलिकॉन को फिर तानित किया जाता है और एक बहुलक पृष्ठक से जोड़ा जाता है। कार्यद्रव पर सिलिकॉन का उपयोग कम से कम किया जाता है और मुद्रास्फीति और गुब्बारे की अपस्फीति से बचने के लिए समवेत अत्यधिक नम्य होते है।

नम्य इलेक्ट्रॉनिकी, जिसे प्रत्यास्थ इलेक्ट्रॉनिकी या प्रत्यास्थ परिपथ के रूप में भी जाना जाता है, एक पूर्ण परिपथ बनाने के लिए सिलिकॉन या पोलीयूरथेन जैसे नम्य कार्यद्रव पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिपथ को एकत्रित या अंत: स्थापन करके इलेक्ट्रॉनिक परिपथ बनाने के लिए प्रौद्योगिकियों का एक समूह है जो बिना विफलता के बड़े विरूपण (यांत्रिकी) का अनुभव कर सकते है। सरलतम स्थिति में, दृढ़ मुद्रित परिपथ बोर्डों के लिए उपयोग किए जाने वाले समान घटकों का उपयोग करके, दृढ़ कार्यद्रव कट (सामान्यतः सर्पिल पैटर्न में) के साथ समतल में नम्यता को सक्षम करने के लिए नम्य इलेक्ट्रॉनिकी बनाया जा सकता है।[1] यद्यपि, कई शोधकर्ताओं ने तरल धातुओं जैसे आंतरिक रूप से लोचदार संवाहकों की भी मांग की है।[2]

इस डोमेन में प्रमुख आक्षेपों में से कार्यद्रव और अंतःसंबंध को नम्य (नम्य इलेक्ट्रॉनिकी देखें) या दृढ़ (मुद्रित परिपथ बोर्ड) के अतिरिक्त लोचदार के लिए डिजाइन करना है। सामान्यतः, बहुलक को अंत: स्थापन करने के लिए कार्यद्रव या पदार्थ के रूप में चुना जाता है।[3] कार्यद्रव को बंकन समय, बंकन की सबसे बाह्यतम त्रिज्या नम्य हो जाएगी (एक यूलर-बर्नौली किरणपुंज में तनाव देखें,) उच्च यांत्रिक तनाव (पदार्थ विज्ञान) तनाव के लिए अन्तर्संबद्ध के विषय। इलेक्ट्रॉनिकी प्रायः पूरी कार्य क्षमता बनाए रखते हुए, नम्य होने में, मानव चर्म और मांस की जैवअनुकरण का प्रयास करते हैं। उत्पादों के लिए डिज़ाइन समष्टि को नम्य इलेक्ट्रॉनिकी के साथ खोला गया है, जिसमें यंत्रमानव उपकरणों के लिए संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक चर्म[4] और विवो प्रत्यारोपण स्पंज-जैसे इलेक्ट्रॉनिकी सम्मिलित है।

नम्य चर्म इलेक्ट्रॉनिकी

चर्म के यांत्रिक गुण

चर्म कोलेजन, केराटिन और इलास्टिन फाइबर से बनी होती है, जो दृढ यांत्रिक शक्ति, कम मापांक, विदार प्रतिरोध और मृदुता प्रदान करती है। चर्म को अधिचर्म और चर्म की द्विपरत के रूप में माना जा सकता है। अधिचर्मिक परत में लगभग 140-600 kPa का मापांक और 0.05-1.5 मिमी की मोटाई होती है। चर्म में 2-80 kPa का मापांक और 0.3-3 मिमी की मोटाई होती है।[5] यह द्विपरत चर्म 15% से कम उपभेदों के लिए एक लोचदार रैखिक प्रतिक्रिया और बड़े उपभेदों पर एक गैर रेखीय प्रतिक्रिया प्रदर्शित करती है। अनुरूपता प्राप्त करने के लिए, चर्म-आधारित नम्यता वाले इलेक्ट्रॉनिकी को डिजाइन करते समय उपकरणों के लिए अधिचर्म परत के यांत्रिक गुणों से मिलान श्रेष्ठ होते है।

समस्वरण यांत्रिक गुण

पारंपरिक उच्च निष्पादन वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण सिलिकॉन जैसे अकार्बनिक पदार्थों से बने होते हैं, जो प्रकृति में दृढ़ और भंगुर होते हैं और चर्म और उपकरण के बीच यांत्रिक असंतुलन के कारण निकृष्ट जैव-अनुकूलता प्रदर्शित करते हैं, जिससे चर्म एकीकृत इलेक्ट्रॉनिकी अनुप्रयोगों को दृढ़ बनाते हैं। इस आक्षेप को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अतितनु परतों के रूप में नम्य इलेक्ट्रॉनिकी के निर्माण की विधि को नियोजित किया। किरणपुंज के लिए यूलर-बर्नौली समीकरण के अनुसार, भौतिक वस्तु (आनमनी दृढ़ता) के बंकन का प्रतिरोध मोटाई की तीसरी शक्ति से संबंधित है।[6] इसका तात्पर्य यह है कि कम मोटाई वाली वस्तुएँ अधिक सरलता से बंकन और नम्य हो सकती हैं। फलस्वरूप, यद्यपि पदार्थ में अपेक्षाकृत उच्च यंग का मापांक होता है, अतितनु कार्यद्रव पर निर्मित उपकरण बंकन की दृढ़ता में कमी प्रदर्शित करते हैं और फ्रैक्चरिंग के बिना वक्रता की छोटी त्रिज्या में बंकन की अनुमति देते हैं। अतिसूक्ष्म प्रौद्योगिकी, संरचना और विनिर्माण के क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति के परिणामस्वरूप पतले उपकरणों का विकास किया गया है। उपर्युक्त दृष्टिकोण का उपयोग पतली नम्य बहुलकी कार्यद्रव पर एकत्रित 100-200 एनएम मोटी Si नैनो झिल्ली से बने उपकरणों को बनाने के लिए किया गया था।[6]

इसके अतिरिक्त, उपकरणों की यांत्रिक स्थिरता को समस्वरित करने के लिए संरचनात्मक डिजाइन विचारों का उपयोग किया जा सकता है। मूल सतह संरचना की इंजीनियरिंग हमें दृढ़ इलेक्ट्रॉनिकी को मृदु करने की अनुमति देती है। पूरे प्रणाली को नम्य बनाने के लिए आकुंचन, द्वीप संपर्क और किरिगामी अवधारणा को सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है[[7],[8]]।

प्रत्यास्थलकी पतले कार्यद्रव पर तरंगिल संरचनाओं को बनाने के लिए यांत्रिक आकुंचन का उपयोग किया जा सकता है। यह सुविधा उपकरण की नम्यता क्षमता में सुधार करती है। प्रत्यास्थलकी कार्यद्रव पर एकल क्रिस्टल Si से Si नैनोपट्टी बनाने के लिए आकुंचन दृष्टिकोण का उपयोग किया गया था। अध्ययन ने प्रदर्शित किया कि उपकरण को संपीड़ित और तानित अधिकतम 10% तनाव वहन कर सकते है।[9]

द्वीप अन्तर्संबद्ध की स्थिति में, दृढ़ पदार्थ प्रभावी दृढ़ता को कम करने के लिए विभिन्न ज्यामिति, जैसे कि ज़िग-ज़ैग, टेढ़ी-मेढ़ी संरचनाओं, आदि से बने नम्य पुलों से जुड़ती है, प्रणाली की नम्यता क्षमता को समस्वरित करती हैं, और विशिष्ट दिशाओं में लागू उपभेदों के अंतर्गत प्रत्यास्थ रूप से विकृत होती हैं। यह प्रदर्शित किया गया है कि टेढ़ी-मेढ़ी संरचनाओं का अधिचर्मिक इलेक्ट्रॉनिकी की विद्युत विशेषताओं पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ता है। यह भी दिखाया गया है कि अन्तर्संबद्ध का जटिलता, जो कार्यद्रव के ऊपर उपकरण की गति का विरोध करते है, सर्पिल अन्तर्संबद्ध को सर्पीन संरचनाओं की तुलना में अत्यधिक अधिक नम्यता और विकृत करने का कारण बनता है।[7] 3डी द्वीप अन्तर्संबद्ध तकनीकों का उपयोग करते हुए पीडीएमएस कार्यद्रव पर निर्मित सीएमओएस अंर्तवर्तक ने तनाव पर 140% तनाव का निष्पादन किया।[9]

किरिगामी को 2डी झिल्लियों में वलित करने और काटने की अवधारणा के निकट बनाया गया है। यह कार्यद्रव की तन्य शक्ति में वृद्धि के साथ-साथ इसके तल से बाह्य विरूपण और नम्यता में योगदान देते है। इन 2डी संरचनाओं को बाद में आकुंचन प्रक्रिया के माध्यम से विभिन्न स्थलाकृति, आकार और आकार नियंत्रणीयता के साथ 3डी संरचनाओं में बदल दिया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप रुचिपूर्ण गुण और अनुप्रयोग होते हैं।[7][9]


ऊर्जा

कई लोचदार ऊर्जा भंडारण उपकरण और अतिसंधारित्र कार्बन-आधारित पदार्थों जैसे एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोनलिका (एसडब्ल्यूसीएनटी) का उपयोग करके बनाए जाते हैं। ली एट अल द्वारा अध्ययन में नम्य अतिसंधारित्र (लोचदार पीडीएमएस कार्यद्रव पर आकुंचित एसडब्ल्यूसीएनटी मैक्रोफिल्म और प्रत्यास्थलकी पृथक्कारक से बना) दिखाया, जिसने डायनेमिक आवेशन और विसर्जन का निष्पादन किया।[10] इस लोचदार ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी की मुख्य कमी कम विशिष्ट धारिता और ऊर्जा घनत्व है, यद्यपि रेडॉक्स पदार्थ के समावेश से इसे संभावित रूप से सुधारा जा सकता है, उदाहरण के लिए एसडब्ल्यूएनटी/MnO2 इलेक्ट्रोड।[11] नम्य ऊर्जा भंडारण उपकरण बनाने की अन्य विधि ओरिगेमी वलित सिद्धांतों का उपयोग है।[12] परिणामी ओरिगेमी बैटरी ने महत्वपूर्ण रैखिक और क्षेत्रीय विकृति, बड़ी व्यावर्त क्षमता और नम्यता अर्जित की।

औषधि

नम्य इलेक्ट्रॉनिकी को मानव शरीर के साथ निर्बाध रूप से पारस्परिक क्रिया करने और बीमारियों का पता लगाने या गैर-आक्रामक विधि से रोगी डेटा एकत्र करने के लिए सुव्यवस्थित परिधानों में एकीकृत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी और एमसी10 (एक नम्य-इलेक्ट्रॉनिकी कंपनी) के शोधकर्ताओं ने खंड विकसित किया है जो स्वेद में ग्लूकोज के स्तर का पता लगाने में सक्षम है और मांग (इंसुलिन या मेटफॉर्मिन) पर आवश्यक औषधि दे सकते है। खंड में सोने के कणों से भरे ग्राफीन होते हैं और इसमें संवेदक होते हैं जो तापमान, पीएच स्तर, ग्लूकोज और आर्द्रता का पता लगाने में सक्षम होते हैं।[13] नम्य इलेक्ट्रॉनिकी भी विकासक को मृदु यंत्रमानव बनाने की अनुमति देते है, ताकि अस्पतालों में न्यूनतम संक्रामक सर्जरी को लागू किया जा सके। विशेषकर जब मस्तिष्क की सर्जरी की बात आती है और प्रत्येक मिलीमीटर महत्वपूर्ण होता है, ऐसे यंत्रमानवों के निकट मानव की तुलना में अधिक यथार्थ कार्य क्षेत्र हो सकता है।

स्पर्श संवेदन

दृढ़ इलेक्ट्रॉनिकी सामान्यतः मृदु, जैविक जीवों और ऊतकों के अनुकूल नहीं होते हैं। चूंकि नम्य इलेक्ट्रॉनिकी इसके द्वारा सीमित नहीं है, इसलिए कुछ शोधकर्ता इसे स्पर्श या स्पर्श संवेदन के लिए संवेदक के रूप में लागू करने का प्रयास करते हैं। इसे प्राप्त करने की विधि प्रवाहकीय ओए ईटी (ऑर्गेनिक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर) की एक सरणी बनाना है जो एक ऐसा नेटवर्क बनाता है जो धारिता में स्थानीय परिवर्तनों का पता लगा सकता है, जो उपयोगकर्ता को संपर्क के विषय में सूचना देते है।[14] यंत्रमानवशास्त्र और आभासी वास्तविकता अनुप्रयोगों में इसका संभावित उपयोग हो सकता है।[6][7][5][8][9]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Kim DH, Ahn JH, Choi WM, Kim HS, Kim TH, Song J, et al. (April 2008). "स्ट्रेचेबल और फोल्डेबल सिलिकॉन इंटीग्रेटेड सर्किट". Science. 320 (5875): 507–511. Bibcode:2008Sci...320..507K. doi:10.1126/science.1154367. PMID 18369106. S2CID 5086038.
  2. ↑ Yang JC, Mun J, Kwon SY, Park S, Bao Z, Park S (November 2019). "Electronic Skin: Recent Progress and Future Prospects for Skin-Attachable Devices for Health Monitoring, Robotics, and Prosthetics". Advanced Materials. 31 (48): e1904765. Bibcode:2019AdM....3104765Y. doi:10.1002/adma.201904765. PMID 31538370.
  3. ↑ Cataldi P (2020). "Graphene–Polyurethane Coatings for Deformable Conductors and Electromagnetic Interference Shielding". Advanced Electronic Materials. 6 (9): 2000429. arXiv:2004.11613. doi:10.1002/aelm.202000429.
  4. ↑ Cataldi P, Dussoni S, Ceseracciu L, Maggiali M, Natale L, Metta G, et al. (February 2018). "कृत्रिम इलेक्ट्रॉनिक त्वचा के लिए कार्बन नैनोफाइबर बनाम ग्राफीन-आधारित स्ट्रेचेबल कैपेसिटिव टच सेंसर". Advanced Science. 5 (2): 1700587. doi:10.1002/advs.201700587. PMC 5827098. PMID 29619306.
  5. ↑ 5.0 5.1 Kim DH, Lu N, Ma R, Kim YS, Kim RH, Wang S, Wu J, Won SM, Tao H, Islam A, Yu KJ, Kim TI, Chowdhury R, Ying M, Xu L, Li M, Chung HJ, Keum H, McCormick M, Liu P, Zhang YW, Omenetto FG, Huang Y, Coleman T, Rogers JA. Epidermal electronics. Science. 2011 Aug 12;333(6044):838-43. doi: 10.1126/science.1206157. Erratum in: Science. 2011 Sep 23;333(6050):1703. PMID: 21836009.https://www.science.org/doi/10.1126/science.1206157
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 Lab-on-Skin: A Review of Flexible and Stretchable Electronics for Wearable Health Monitoring Yuhao Liu, Matt Pharr, and Giovanni Antonio Salvatore, ACS Nano 2017 11 (10), 9614-9635 DOI: 10.1021/acsnano.7b04898 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b04898
  7. ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 Wei Wu (2019) Stretchable electronics: functional materials, fabrication strategies and applications, Science and Technology of Advanced Materials, 20:1, 187-224, DOI: 10.1080/14686996.2018.1549460 https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14686996.2018.1549460
  8. ↑ 8.0 8.1 CS Materials Lett. 2022, 4, 4, 577–599 https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00799 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsmaterialslett.1c00799
  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 9.3 Flexible and Stretchable Devices from Unconventional 3D Structural Design, Hangbo Zhao, Mengdi https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9783527820153.ch10 Han
  10. ↑ Li X, Gu T, Wei B (December 2012). "स्ट्रेचेबल सुपरकैपेसिटर की गतिशील और गैल्वेनिक स्थिरता". Nano Letters. 12 (12): 6366–6371. Bibcode:2012NanoL..12.6366L. doi:10.1021/nl303631e. PMID 23167804.
  11. ↑ Li X (2012). "Facile synthesis and super capacitive behavior of SWNT/MnO2 hybrid films". Nano Energy. 1 (3): 479–487. doi:10.1016/j.nanoen.2012.02.011.
  12. ↑ Song Z, Ma T, Tang R, Cheng Q, Wang X, Krishnaraju D, et al. (2014). "ओरिगामी लिथियम-आयन बैटरी". Nature Communications. 5: 3140. Bibcode:2014NatCo...5.3140S. doi:10.1038/ncomms4140. PMID 24469233.
  13. ↑ Talbot, David (March 22, 2016). "स्किन पैच के साथ मधुमेह को नियंत्रित करना". MIT Technology Review (in English). Retrieved 2017-11-08.
  14. ↑ Someya T, Kato Y, Sekitani T, Iba S, Noguchi Y, Murase Y, et al. (August 2005). "कार्बनिक ट्रांजिस्टर सक्रिय मैट्रिक्स के साथ दबाव और थर्मल सेंसर के अनुकूल, लचीले, बड़े क्षेत्र के नेटवर्क". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (35): 12321–12325. Bibcode:2005PNAS..10212321S. doi:10.1073/pnas.0502392102. PMC 1187825. PMID 16107541.


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