2024年10月24日,據(jù)資源庫了解,麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員在電子制造領(lǐng)域取得一項(xiàng)重要進(jìn)展:他們利用全3D打印技術(shù),制作出了不需要半導(dǎo)體材料的有源電子設(shè)備器件。這一突破性研究發(fā)表在新一期《虛擬與物理原型》雜志上,為將來的電子制造開辟了新途徑。
團(tuán)隊(duì)使用普通的3D打印機(jī)和成本低廉、可生物降解的材料,打印了這些無半導(dǎo)體器件。雖然這些器件性能還不足以與傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶體管相比,但它們已能執(zhí)行一些基本的控制任務(wù),比如調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度。
實(shí)驗(yàn)過程中,團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)摻雜銅納米顆粒的聚合物細(xì)絲具有一種特別的現(xiàn)象:當(dāng)通過大電流時,材料會表現(xiàn)出顯著的電阻增加;而一旦停止供電,其電阻又迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。這一特性使得工程師能夠制造類似晶體管的開關(guān),而晶體管通常與硅等半導(dǎo)體材料相關(guān)。
研究團(tuán)隊(duì)還嘗試用其他 3D 打印材料復(fù)現(xiàn)這一現(xiàn)象,比如摻雜碳、碳納米管和石墨烯的聚合物材料,但最終未能找到另一種可以實(shí)現(xiàn)這種可復(fù)位保險絲功能的可打印材料。
研究人員推測,當(dāng)這種材料被電流加熱時,內(nèi)部的銅顆粒會分散開,從而導(dǎo)致電阻急劇上升;當(dāng)材料冷卻后,銅顆粒再次聚集,電阻恢復(fù)。此外,聚合物基材在加熱時從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài),冷卻后又重新結(jié)晶,這種現(xiàn)象被稱為聚合物正溫度系數(shù)效應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)利用這一現(xiàn)象,成功實(shí)現(xiàn)了一步打印出可用于構(gòu)建無半導(dǎo)體邏輯門的開關(guān)。這些設(shè)備由細(xì)薄的摻銅聚合物3D打印線條構(gòu)成,內(nèi)部交叉的導(dǎo)電區(qū)域使研究人員能夠通過控制輸入電壓來調(diào)節(jié)電阻。此外,這種聚合物線材還可以摻入其他材料,例如磁性微粒,從而賦予設(shè)備更多功能。
未來,研究團(tuán)隊(duì)希望利用這項(xiàng)技術(shù)打印出功能齊全的電子設(shè)備。他們的目標(biāo)是通過擠出3D打印技術(shù)制造出一個完全工作的磁動機(jī)。此外,他們還計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化工藝,制造更加復(fù)雜的電路,并探索這些設(shè)備的性能極限。
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