Flexibele, hybride elektronische systemen verleggen de grenzen van de elektronica

(28-11-2019) Onderzoekers van de UGent en de Universiteit van Californië te Berkeley publiceerden een overzicht van recente ontwikkelingen in flexibele, hybride elektronica.

Dit is een wetenschappelijk domein waarin flexibele en gedrukte elektronica enerzijds en geïntegreerde schakelingen in silicium anderzijds gecombineerd worden om innovatieve systemen te creëren.

Er zijn de laatste 60 jaar enorme vooruitgangen geboekt in de prestaties, densiteit, en efficiëntie van geïntegreerde schakelingen in halfgeleider materialen zoals silicium, zogenaamde chips. Deze technologie zorgt voor performante berekeningen met extreem laag verbruik van vermogen in compacte volumes. Het blijft echter moeilijk om flexibele elektronische systemen of schakelingen over een grotere oppervlakte te creëren met deze materialen. Dit zorgt ervoor dat bepaalde interessante toepassingen niet gerealiseerd kunnen worden met deze technologie.

Denk daarbij bijvoorbeeld aan draagbare elektronica die nu voornamelijk beperkt blijft tot de beschermde volumes binnenin een slim polshorloge of een draagbare telefoon. Dit terwijl er op het lichaam relatief veel oppervlakte is om flexibele sensoren en actuatoren te plaatsen die onze interactie met elkaar en de wereld rondom ons volledig zouden kunnen veranderen.

Figuur: Een voorbeeld van een flexibele, hybride elektronische schakeling. (a) Verschillende gedrukte sensoren en schakelingen kunnen gebruikt worden in deze technologie. (b) Silicium chips worden gebruikt om data te verwerken en communicatiesignalen te genereren. (c) Gedrukte antennes of elektrodes laten draadloze communicatie en vermogensoverdracht toe. (d) Vaak bevatten deze systemen applicatie-specifieke modules zoals een gedrukte display of licht-emitterende diodes (LEDs). (e) Afhankelijk van de functionaliteit hebben flexibele, hybride elektronische schakelingen ook energieopslag en –bronnen nodig.

Dit soort van toepassingen is daarentegen wel mogelijk wanneer er gebruik gemaakt wordt van flexibele, gedrukte elektronica. Dit is een domein waarin klassieke druktechnieken gebruikt worden om verscheidene inktmaterialen op flexibele substraten aan te brengen. Op deze manier kan elektronica met relatief grote oppervlakte efficiënt gecreëerd worden op bijna elke object. Dit soort van schakelingen is echter heel inefficiënt wanneer deze vergeleken worden met geïntegreerde schakelingen in silicium.

Flexibele, hybride elektronica combineert de voordelen van beide technologieën. Deze techniek steunt op flexibele en gedrukte elektronica om sensoren, actuatoren, en componenten voor (menselijke) interactie te fabriceren en combineert deze met silicium chips voor berekeningen en communicatie. Dit laat toe om een spectrum aan nieuwe elektronische toepassingen te realiseren in domeinen zoals draagbare gezondheidszorg, opvolging en onderhoud van (bouw)technische installaties, monitoring van omgevings- en milieuparameters, en dynamische opvolging van dieren en gewassen in de landbouw. De publicatie presenteert naast deze toepassingen ook een systematisch overzicht van de processen die gebruikt worden voor fabricatie van zulke systemen, de gebruikelijke componenten (zie onderstaande figuur), en probeert een inzicht te geven in de toekomst  van deze veelbelovende techniek.

Meer informatie

Deze resultaten werden gepubliceerd in Advanced Materials: A New Frontier of Printed Electronics: Flexible Hybrid Electronics

Yasser Khan, Arno Thielens, Sifat Muin, Jonathan Ting, Carol Baumbauer, Ana C. Arias

 

Contact

Arno Thielens
UGent-WAVES 

T 09 331 48 10         
Technologiepark Zwijnaarde 126
9052 Zwijnaarde