אלקטרוניקה גמישה מייצגת שינוי פרדיגמה כיצד מערכות אלקטרוניות משתלבות עם העולם הפיזי.בניגוד ללוחיות מעגליות קשיחות, מכשירים אלה יכולים להיותנד, מעוות, מתוחות, ותואמים את משטחים מעוקלים ללא אובדן פונקציונליות.נכס ייחודי זה פותח דלתות ליישומים בלתי אפשריים בעבר - לפקחי בריאות גמישים לדבוק בעור, רובוטיים רכים עם שליטה מוטמעת, תצוגות גמישות כיולת מכשירים רפואיים שיש להם השפעה יעילה מאוד, עם תכונות מכניות, ואפקטיות, ואפקטיות קריטיות, ואפקטיביות של תכונות מכניות, ואפקטיות חזקות מאוד, הן תכונות מכניות, הן מבטיחות של תכונות מכניות, הן קריטיות, ואפקטיות חזקות מאוד, הן קריטיות של תכונות מכניות של תכונות מכניות של תכונות מכניות של תכונות מכניות, ואפקטיות, ואפקטיות, ואפקטיות, ואפקטיות, הן באופן בלתי נמנעות של תפקוד חשמליות, באופן בלתי נמנעות, הן שינויים קריטיות, ומשפיעות, הן מבטיחות של תכונות מכניות, והן יכולות לשנות השפעות מכניות, באופן בלתי נמנע של שליטה מכניות, הן קריטיות, הן קריטיות, והן יכולות לשנות את ההשפעות מכניות, באופן בלתי נמנעות, הן קריטיות,

פיזיקה בסיסית: כיצד רפורמציה אלטרציה חשמלית

כדי להעריך מדוע עיוות מכני משנה תכונות חשמל, יש לשקול את מנגנוני ההתנהגות בחומרים המשמשים בדרך כלל אלקטרוניקה גמישה.מוליכים מסורתיים כמו נחושת או אלומיניום הם גבישי; תחת לחץ, lattice ספיגה עלייה, אשר מעט מגביר התנגדות (אפקט ⁇ ) עם זאת, באלקטרוניקה גמישה, חומרים המוליכים הם לעתים קרובות סרטים דקים, חלקיקים, ננווטים, או ביצוע הפקדה על חלקיקים מכניים אלה על גבי חלקיקים מכניים.

רשת Disruption

הרבה מוליכים גמישים - כגון צינורות כסף nanowire (AgNW) רשתות, פחמן ננוtube (CNT) סרטים, או גרפן פייקטים - משתפות באמצעות ההנצחה: נושאי תשלום עוברים דרך רשת של חלקיקים מקושרים.כאשר הדבורים substrate או מתיחה, עמדות יחסי היחס היחס היחס היחס היחס היחסי של חלקיקים אלה הם חלק מהקשרים לינאריים; אלה עשויים ליצור מעל סף, אך ורק את מספר הפחתת הפחתת הפחתת החסימה, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, אך ורק את הדחף היעיל של התנהגותו של שינוי יעיל יותר, אך ורק לאחר מכן, הוא יכול לתפקוד באופן כללי, הוא גורם באופן כללי, הוא יכול לתפקוד של התנהגותו של מספר זה יכול להפחתה של מספר זה יכול להפחתה של מספר מוליכים באופן משמעותי.

אפקט Piezoresistive בבולק חומרים

אפילו בסרטים דקים רצופים (למשל, שכבות מתכת מאוישות או ננומברי סיליקון), זן מכני משנה את התכווצים הבין-אטומיים, שינוי מבנה הלהקה וניידות המוביל.עבור מתכות, אפקט זה הוא קטן יחסית (גורם הגאגופלסט) אבל יכול להיות משמעותי במוליכים למחצה.

מנהרה והתנגדות מגע

במתחרים ובממשקים גסים, ההתנהלות החשמלית תלויה לעתים קרובות במנהרה אלקטרונית בין תכונות מוליכים סמוכים מופרדים על ידי מחסומים מסולקים דקים (למשל, מטריקס פולימרני) שינוי המרחק, שינוי אקספוננציאלי של זרם המנהרות.לדוגמה, עלייה של 1 ננומטר פער יכול להפחית את זרם המנהרה על ידי סדר גודל.

שינויים ברכוש חשמל ייעודיים שיובאוו על ידי Deformation

עיוות מכני משפיע לא רק על התנגדות DC, אלא גם על הפרמטרים AC, קיבול, אינדוקטיבי, והתנהגות דיאלקטרית.כאן אנו מנתחים את ההשפעות העיקריות.

התנגדות והתנהלות

ההשפעה הנלמדת ביותר היא השינוי בהתנגדות חשמלית (או בגוון, התנהגות) תחת זנים יישומיים.עבור עקבות התנהגות פשוט, התנגדות עולה עם זן רבילי עקב התחדשות גיאומטרית (הפחתה ממושכת והפחתה חלקית) והתנגדות פנימית (intrinsic Resistance Change) על מנת להגביר את חומר ה-GF (GF) באופן חד-משמעית (R / R0) / R0), שבו הוא גם על גבי משיכה מקורית, עבור רשתות Gresis, לעתים קרובות, לא ניתן להגדיל את הערך Greative, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, באופן מיידי, כלומר, כלומר, כלומר, הוא מעל 100.

Capacitance ו- Dielectric Properties

קפצויים גמישים, המשמשים חיישנים מגע, אחסון אנרגיה ( supercapacitors, סוללות), ו מעגלי RF, ניסיון שינויים ב- capacitance תחת עיוות.עבור מקבילה-plate capacitance C= 0εrA / d.מתחת שינויים ב- A אבל גם מגבירה את פער הצלחת (אם ה-D (D) הוא incompressible).אפקט נטו תלוי בתכונות חומרתיות עבור אלקטרו-מסוגלכאורה פחות מכווץ.

חינוך ומניעה

עבור מחנכים גמישים (שימוש בכוח אלחוטי, RFID), עיוות משנה גיאומטריה לולאה, המשפיעה על אינדוקציה L. A מתוח יש שטח גדול יותר אבל אורך מנצח ארוך יותר; חינוך עצמי בדרך כלל עולה מעט.החינוך הדדי עם מערכות חיצוניות הוא גם שינוי, אשר יכול detune resonant מעגלים. בתדרים גבוהים, אפקט העור ו- parasitic capacitance לעתים קרובות משתנה תחת עיוות, מסבך, מסבך.

מגע ואפקטים בין-גזעיים

מכשירים גמישים רבים מורכבים משכבות מרובות (למשל, דיוורקציות אור אורגניות, OLEDs; transistors פילים דקים, TFTs) עיוות מכני יכול להרוס שכבות או להגביר את התנגדות מגע בממשקים. לדוגמה, תוך כיפוף OLED גמיש עשוי להפריד את השבר משכבת ההנעה הבור, יצירת נקודות חמות או כתמים כהים.

גורמים המשפיעים על שינויים ברכוש חשמלי

הקשר בין עיוות ותגובה חשמלית אינו אוניברסלי; זה תלוי בחומר, גיאומטריה, תנאי טעינה וסביבה. להלן הם הגורמים המשפיעים על המפתח.

בחירת חומרים ומיקרו-מבנה

תכונות חומריות אינטרינריות שולטות.חומרי בריטל כמו תחמוצת שתן (ITO) סדק במתח נמוך (1-2%), גרימת עלייה בהתנגדות קטסטרופלית. לעומת זאת, מתכות נוזליות (למשל, גליום אנטרופיה-indium, EGaPS) נשארות התנהגות אפילו ב- > 100% אבל דורשות קיבולת גבוהה.

מצב העיוות ומגוגן

בנד (טבע), מתיחה (uniaxial /biaxial), מעוות, ודחיסה כל אחד לייצר מתח שונה ושדות מתוחים. בנדינג בעיקר גורם מתוחים על הצד convex ודחוס על ה concave, עם מטוס נייטרלי בין אם שכבת ההתנהגות ממוקמת על המטוס נייטרלי, הוא חווה מתח מינימלי.

שיעור ואופניים

עיוות דינמי - כמה מתח מהיר מוחל וכמה מחזורים - משפיע על יציבות חשמלית.בכיפוף מהיר עלול לגרום אפקטים מולקולטיים במצע, המוביל לעיכוב התאוששות של התנגדות.על אופניים חוזרים יכול לגרום עייפות: עלייה הדרגתית בהתנגדות בשל הצטברות מיקרו-קאקר, אפילו מתחת למדדי הכשל סטטי.

גורמים סביבתיים

טמפרטורה ולחות משנה את התכונות מכניות וחשמליות. פולימרים רבים לרכך בטמפרטורות גבוהות, צמצום הנוקשות אך הגדלת הדלונות.הימודיות יכולה לפלסטיק תת-שכבות פולימריות, שיפור יכולת מתיחה אבל גם מאיץ את קורוזיה של עקבות מתכת.ביישומים רפואיים, הזיעה וחום הגוף ליצור סביבה מורכבת.

תכונות ומודל של אפקטי עיוות

מדידה וחיזוי מדויקים הם קריטיים לתכנון אלקטרוניקה גמישה אמינה.שימוש בגישות ניסיוניות חישוביות.

בדיקה חשמלית-Mechanical Testing

הגדרות בדיקה מיוחדות משלבות בדיקות מכניות (tensile, bending, עייפות) עם מדידות חשמליות בו-זמנית (למשל, ארבע נקודות בדיקה עבור התנגדות, LCR מטר עבור חסימה) דוגמאות כוללות שלבים מכווצים אוטומטיים עם רדיוס מותאם, שלבים ליניאריים ממונעים עבור מתיחה מבוקרת, ופעולת לחץ עבור דחיסה.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis

רבפיזיקה סופית (FE) מודלים זוגיים עיוות מכני (שדות מתח / אימון) עם התנהגות חשמלית או אלקטרוסטטים.מודלים אלה יכולים לחזות הפצה של זנים בגיאומטריה מורכבת (למשל, עקבות נחש), לאתר ריכוזים מתחים, ולאמוד שינויים התנגדות.הם עוזרים לייעל את הפריסה של המכשיר לפני ייצור.

מיקרו-ממדיזציה ו- Spectroscopy

כדי להבין מנגנונים נזק, החוקרים משתמשים בסורק מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM), מיקרוסקופית כוח אטומי (AFM), ו-Raman spectroscopy תחת שינוי in-situation. אלה חושפים סדקים, קריסה, דלמנטון, והיערכות מולקולרית.לדוגמה, Raman Peaks Shifts Shift תחת זנים (שינויים מונעים המונעים על ידי אימונים), מתן מדד זנים מקומיים.

אסטרטגיות ל- Robust Flex Electronics

כדי להתגבר על ההשפעות השליליות של עיוות, חוקרים ומהנדסים פיתחו חבילת אסטרטגיות חדשניות, מהנדסת חומרים לתכנון מבני.

חידושים חומריים

  • (FLT:0) מוליכים מתוחים באופן חד-משמעי: ibph:1 , פולימרים כמו PEDOT:PSS מעורב עם פלסטיקיים או נוזלי Ionic יכולים להשיג יותר מ-100% מתח, תוך שמירה על מוליכות מעל 1000 S / ס"מ עצמי מול מול מול מוליכים חוב דינמי כי הרפורמה לאחר סדקים.
  • (FLT:0)Nanomaterial מורכב:FLT:1מחה ננווטים כסף עם elastomers (למשל, אקופלקס, PDMS) יוצר אלקטרודות התנהגותיות מאוד מתוחות, ואופטימיזציה ריכוז מבטיח לחשיפה אפילו בזנים גדולים.
  • (ב) ⁇ :0) מתכות קצרות: 1FLT:1 Encapsulated EGaIn או סגסוגת מבוססת גליום נשאר נוזלי בטמפרטורת החדר, מתן התנגדות רשלנית משתנה עד מאות אחוזים זנים.
  • (FLT:0)Graphene וסרטי פחמן ננוtube: OVAFLT:1 , Vertly תואמים את יערות CNT או קצף גרפן מציעים מוליכות גבוהה וחוסן.

עיצוב סטרקטי וגיאומטרי

  • (FLT:0)Serpentine ו-Shoe תבניות:BuildFLT:1) , עקבות קרדו המתפרשים כמו אביב תחת מתח להפיץ מתח לאורך העקומה, צמצום הלחץ שיא.זה משמש נרחב לחיבורים מתוחים ועיצובים גמישים של PCB.
  • (FLT:0) Neutral מטוס מיקום: FLT:1iging מרכיבים מתפתלים (למשל, צ'יפס, ITO) במטוס נייטרלי של ערימה מעומידה מצמצם את המתח הנשגב והדחוס.
  • (FLT:0)Kirigami ו- Origami:03: קיצוץ של לוחות בגליון שטוח מאפשר לו לצאת מהמטוס ולארח זנים גדולים מבלי למתוח את החומר עצמו.
  • (FLT:0Strain בידוד ומבנים להקלת זנים: FIRLT:1) שימוש באיים נוקשים המחוברים על ידי גשרים מתוחים.בית האיים אלקטרוניקה רגישה בעוד הגשרים סופגים עיוות.

סליחות והגנתיות

ממצאות גמישות (למשל, parylene, Polyimide) להגן מפני לחות, חמצן, ומוח מכני.הם גם להפיץ לחץ בשכבות.למכשירים מושתלים, אלטרמיים ביולוגיים שאינם עולים בקנה מידה כמו סיליקון להבטיח יציבות ארוכת טווח.

פיצוי פעיל ו Sensing

במערכות מתקדמות, אפקטים של עיוות מפצה אלקטרונית.לדוגמה, חיישן מתח המשולב לצד מנצח יכול לספק משוב כדי להתאים אותות נהיגה או סחף התנגדות נכונה. טבלאות דיגיטציה דיגיטלית, טבלאות תצוגה או אלגוריתמי למידת מכונה יכולים למפות מצב רפורמציה לתגובה חשמלית, המאפשרת חיישנים מדויקים למרות שינויים מכניים.

יישומים ומחקרי מקרים

ההשלכות המעשיות של שינויים חשמליים המושרה על עיוות ניכרות במספר יישומי מפתח.

עקבו אחרי Health Monitor

חיישנים בעלי ערך לעור לקצב לב, טמפרטורה, ופעילות אלקטרודרמאלית חייבים למתוח עם העור.אם ההתנגדות של החיישן משתנה ללא תנאי עם תנועה, מופיעים פריטים אותות. pin-engineered design (למשל, אלקטרודות נחשין על תת-קרקעי דק) מצמצם את וריאציות התנגדות.

תצוגות גמישות תאורה

תצוגות OLED גמישות מסתמכות על מטוס אחורי פיל דק שחייב להישאר פונקציונלי תחת התכה חוזרת. יצרנים כמו סמסונג ו- LG משתמשים בפולימניפסט עם אופטימיזציה של מטוסים ניטרליים ו-Frecapsulation פילים דקים.הבנת שינויים ב-Facitance תחת החלפה חיונית לרגישות מגע בטלפונים מתקפלים.

Soft Robotics ו- E-Textiles

ציידים רובוטיים ומבצעים המשלבים חיישני זנים זקוקים ליחסים מדויקים של התנגדות לתחושה של מיקום. בדומה לכך, בדים חכמים עם חוטים מוליכים זורקים חייבים לשמור על שלמות חשמלית במהלך תנועה יומיומית - שטיפת, מתיחה, טוויסט. קבוצות מחקר כמו FLT:0MIT Media LabFLT:1 לחקור חוטים ומבנה מסובב.

סוללות וחיסכון באנרגיה

סוללות כי עיוות מהווה סיכון בטיחותי אם מעגלים קצרים פנימיים מתרחשים.חוקרים משתמשים באספןים הנוכחיים של נחשין ו- Shear-thicking אלקטרוליטים כדי לשמור על יכולת תחת לחץ.דוגמה בולטת היא ה-FLT:0stretchable Lithium-ion סוללותFLT:1 על ידי רוג'רס et al, אשר משתמש חיבורים גליים ואלקטרודות מטבול.

כיוונים עתידיים ואתגרים

למרות התקדמות משמעותית, אתגרים נשארים.מוליכים מתוחים באופן קיצוני עדיין יש מוליכות נמוכה יותר מאשר מתכות, הדורשות שכבות עבות יותר.האמינות ארוכת הטווח מתחת מיליוני מחזורים אינה מאופיינת לחלוטין.

  • (FLT:0) אלקטרוניקה גמישה מודפסת:FIRLT:1 הדפסה ישירה של דיוונים התנהגותיים ו insulating inks על תצורות מורכבות, עם שליטה מדויקת של מיקום חומרי כדי לנהל מתח.
  • (ב) ⁇ :0) חומרים מתואמים ומתאים: חומרים 1:1 חומרים שתיקון סדקים אוטונומיים או התאמת התנהגותם בתגובה לעיוות.
  • (FLT:0) אופטימיזציה עיצובית מונחה על ידי AI:FLT:1 Machine Learning toנבא את ההתנהגות האמקאנית של תבניות חדשות ורכיבים מורכבים, שיפור התפתחות חומרית.
  • (FLT:0) פרוטוקולי בדיקות סטוארדיזציה: סטנדרטים של התעשייה (למשל, מ- IEEE, IEC) לאפיון אלקטרוניקה גמישה תחת עיוות יסייעו להשוואה ולאישור.

כמו האינטרנט של דברים (IoT), מחשוב לביש, ומכשירים רפואיים גמישים ממשיכים לגדול, לשלוט בין עיוות מכני וביצועים חשמליים יהיה המפתח לפתיחה של הדור הבא של אלקטרוניקה באמת תואמים.שדה עשיר עם הזדמנות עבור חומרים מדענים, מהנדסי חשמל ומעצבי מוצר כאחד.