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– Los dispositivos de próxima generación hechos con el nuevo método de «pelar y apilar» pueden incluir chips electrónicos usados en la piel.
Cortesía de MIT por Jennifer Chu: En el corazón de cualquier dispositivo electrónico hay un chip de computadora frío y duro, cubierto en una ciudad en miniatura de transistores y otros elementos semiconductores. Debido a que los chips de computadora son rígidos, los dispositivos electrónicos que alimentan, como nuestros teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, relojes y televisores, son igualmente inflexibles. Ahora, un proceso desarrollado por los ingenieros del MIT puede ser la clave para fabricar productos electrónicos flexibles con múltiples funcionalidades de manera rentable.
El proceso se llama «epitaxia remota» e implica el crecimiento de películas delgadas de material semiconductor en una oblea grande y gruesa del mismo material, que está cubierto por una capa intermedia de grafeno. Una vez que los investigadores cultivan una película semiconductora, pueden despegarla de la oblea cubierta de grafeno y luego reutilizar la oblea, que a su vez puede ser costosa dependiendo del tipo de material del que está hecha. De esta manera, el equipo puede copiar y despegar cualquier cantidad de películas semiconductoras delgadas y flexibles, utilizando la misma oblea subyacente.
En un artículo publicado en la revista Nature, los investigadores demuestran que pueden usar la epitaxia remota para producir películas independientes de cualquier material funcional. Más importante aún, pueden apilar películas hechas de estos diferentes materiales, para producir dispositivos electrónicos flexibles y multifuncionales.
Los investigadores esperan que el proceso pueda usarse para producir películas electrónicas elásticas para una amplia variedad de usos, incluyendo lentes de contacto con realidad virtual, pieles con energía solar que se amoldan al contorno de su automóvil, telas electrónicas que responden al clima, y otros dispositivos electrónicos flexibles que hasta ahora parecían ser el material de las películas de Marvel.
«Puede utilizar esta técnica para mezclar y combinar cualquier material semiconductor para tener una nueva funcionalidad del dispositivo, en un chip flexible», dice Jeehwan Kim, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT. «Puedes hacer electrónica en cualquier forma».
Pelar y apilar
El equipo utilizó su proceso recientemente ajustado para hacer películas de múltiples materiales complejos de óxido, despegando cada capa delgada de 100 nanómetros a medida que se hacía. También pudieron apilar capas de diferentes materiales complejos de óxido y pegarlas juntas calentándolas ligeramente, produciendo un dispositivo flexible y multifuncional.
«Esta es la primera demostración de apilar membranas delgadas de varios nanómetros como bloques LEGO, lo que ha sido imposible porque todos los materiales electrónicos funcionales existen en forma de oblea gruesa», dice Kim.
En un experimento, el equipo apiló películas de dos óxidos complejos diferentes: ferrita de cobalto, conocida por expandirse en presencia de un campo magnético, y PMN-PT, un material que genera voltaje cuando se estira. Cuando los investigadores expusieron la película multicapa a un campo magnético, las dos capas trabajaron juntas para expandirse y producir una pequeña corriente eléctrica.
Los resultados demuestran que la epitaxia remota se puede utilizar para hacer electrónica flexible a partir de una combinación de materiales con diferentes funcionalidades, que anteriormente eran difíciles de combinar en un solo dispositivo. En el caso de ferrita de cobalto y PMN-PT, cada material tiene un patrón cristalino diferente. Kim dice que las técnicas tradicionales de epitaxia, que producen materiales a altas temperaturas en una oblea, solo pueden combinar materiales si sus patrones cristalinos coinciden. Él dice que con la epitaxia remota, los investigadores pueden hacer cualquier cantidad de películas diferentes, usando obleas diferentes y reutilizables, y luego apilarlas juntas, independientemente de su patrón cristalino.
«El panorama general de este trabajo es que puedes combinar materiales totalmente diferentes en un solo lugar», dice Kim. «Ahora puede imaginar un dispositivo delgado y flexible hecho de capas que incluyen un sensor, un sistema informático, una batería, una célula solar, para que pueda tener un chip apilado de Internet de las cosas flexible y autoalimentado».
El equipo está explorando varias combinaciones de películas semiconductoras y está trabajando en el desarrollo de dispositivos prototipo, como algo que Kim llama un «tatuaje electrónico», un chip flexible y transparente que puede adherirse y conformarse al cuerpo de una persona para detectar y transmitir de manera inalámbrica signos vitales. tales como temperatura y pulso.
«Ahora podemos hacer productos electrónicos delgados, flexibles y vestibles con la más alta funcionalidad», dice Kim. «Simplemente despegar y apilar».
La investigación fue el resultado de una estrecha colaboración entre los investigadores del MIT y la Universidad de Wisconsin en Madison, que fue apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
Los coautores de Kim incluyen a Hyun S. Kum, Sungkyu Kim, Wei Kong, Kuan Qiao, Peng Chen, Jaewoo Shim, Sang-Hoon Bae, Chanyeol Choi, Luigi Ranno, Seungju Seo, Sangho Lee, Jackson Bauer y Caroline Ross del MIT , junto con colaboradores de la Universidad de Wisconsin en Madison, la Universidad de Cornell, la Universidad de Virginia, la Universidad Penn State, la Universidad Sun Yat-Sen y el Instituto de Investigación de Energía Atómica de Corea.
Fuente: MIT
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