स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स

स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स, जिसे इलास्टिक इलेक्ट्रॉनिक्स या इलास्टिक सर्किट के रूप में भी जाना जाता है, एक पूर्ण सर्किट बनाने के लिए सिलिकॉन या polyurethane जैसे स्ट्रेचेबल सबस्ट्रेट्स पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और सर्किट को जमा या एम्बेड करके इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बनाने के लिए प्रौद्योगिकियों का एक समूह है जो बड़े विरूपण (यांत्रिकी) का अनुभव कर सकता है। ) बिना असफलता के। सरलतम मामले में, कठोर मुद्रित सर्किट बोर्डों के लिए उपयोग किए जाने वाले समान घटकों का उपयोग करके, कठोर सब्सट्रेट कट (आमतौर पर एक टेढ़े-मेढ़े पैटर्न में) के साथ इन-प्लेन स्ट्रेचेबिलिटी को सक्षम करने के लिए स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स बनाया जा सकता है। हालांकि, कई शोधकर्ताओं ने तरल धातुओं जैसे आंतरिक रूप से फैलने वाले कंडक्टरों की भी मांग की है। इस डोमेन में प्रमुख चुनौतियों में से एक सब्सट्रेट और इंटरकनेक्शन को लचीला (लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स देखें) या कठोर (मुद्रित सर्किट बोर्ड) के बजाय विक: खिंचाव योग्य होने के लिए डिजाइन करना है। आमतौर पर, पॉलीमर  को एम्बेड करने के लिए सबस्ट्रेट्स या सामग्री के रूप में चुना जाता है। सब्सट्रेट को झुकाते समय, बेंड की सबसे बाहरी त्रिज्या खिंच जाएगी (यूलर-बर्नौली बीम सिद्धांत#स्ट्रेन इन ए यूलर-बर्नौली बीम। स्ट्रेन इन ए यूलर-बर्नोली बीम, इंटरकनेक्ट्स को उच्च यांत्रिक तनाव (सामग्री विज्ञान) के अधीन करते हुए देखें। इलेक्ट्रॉनिक्स अक्सर पूरी कार्यक्षमता बनाए रखते हुए, स्ट्रेचेबल होने में, मानव त्वचा और मांस की बायोमिमिक्री का प्रयास करते हैं। उत्पादों के लिए डिज़ाइन स्पेस को स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ खोला जाता है, जिसमें रोबोट उपकरणों के लिए संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक त्वचा भी शामिल है। और विवो इम्प्लांटेबल स्पंज-जैसे इलेक्ट्रॉनिक्स में।

त्वचा के यांत्रिक गुण
त्वचा कोलेजन, केराटिन और इलास्टिन फाइबर से बनी होती है, जो मजबूत यांत्रिक शक्ति, कम मापांक, आंसू प्रतिरोध और कोमलता प्रदान करती है। त्वचा को एपिडर्मिस और डर्मिस की बाइलेयर के रूप में माना जा सकता है। एपिडर्मल परत में लगभग 140-600 kPa का मापांक और 0.05-1.5 मिमी की मोटाई होती है। डर्मिस में 2-80 kPa का मापांक और 0.3-3 मिमी की मोटाई होती है। यह बाइलेयर त्वचा 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, त्वचा-आधारित खिंचाव वाले इलेक्ट्रॉनिक्स को डिजाइन करते समय उपकरणों के लिए एपिडर्मिस परत के यांत्रिक गुणों से मेल खाना बेहतर होता है।

ट्यूनिंग यांत्रिक गुण
पारंपरिक उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण सिलिकॉन जैसे अकार्बनिक पदार्थों से बने होते हैं, जो प्रकृति में कठोर और भंगुर होते हैं और त्वचा और डिवाइस के बीच यांत्रिक बेमेल के कारण खराब जैव-अनुकूलता प्रदर्शित करते हैं, जिससे त्वचा एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों को मुश्किल बनाते हैं। इस चुनौती को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अल्ट्राथिन परतों के रूप में लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण की विधि को नियोजित किया। एक बीम के लिए यूलर-बर्नौली समीकरण के अनुसार, भौतिक वस्तु (फ्लेक्सुरल कठोरता) के झुकने का प्रतिरोध मोटाई की तीसरी शक्ति से संबंधित है। इसका तात्पर्य यह है कि कम मोटाई वाली वस्तुएँ अधिक आसानी से झुक और खिंच सकती हैं। नतीजतन, भले ही सामग्री में अपेक्षाकृत उच्च यंग का मापांक होता है, अल्ट्राथिन सबस्ट्रेट्स पर निर्मित उपकरण झुकने की कठोरता में कमी प्रदर्शित करते हैं और फ्रैक्चरिंग के बिना वक्रता के एक छोटे दायरे में झुकने की अनुमति देते हैं। नैनोटेक्नोलॉजी, फैब्रिकेशन और मैन्युफैक्चरिंग के क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति के परिणामस्वरूप पतले उपकरणों का विकास किया गया है। उपर्युक्त दृष्टिकोण का उपयोग पतली लचीली बहुलक सबस्ट्रेट्स पर जमा 100-200 एनएम मोटी सी नैनो झिल्ली से बने उपकरणों को बनाने के लिए किया गया था।

इसके अलावा, उपकरणों की यांत्रिक स्थिरता को ट्यून करने के लिए संरचनात्मक डिजाइन विचारों का उपयोग किया जा सकता है। मूल सतह संरचना की इंजीनियरिंग हमें कठोर इलेक्ट्रॉनिक्स को नरम करने की अनुमति देती है। पूरे सिस्टम को लचीला बनाने के लिए बकलिंग, द्वीप कनेक्शन और किरिगामी अवधारणा को सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है[, ]।

इलास्टोमेरिक पतले सबस्ट्रेट्स पर लहराती संरचनाओं को बनाने के लिए मैकेनिकल बकलिंग का उपयोग किया जा सकता है। यह सुविधा डिवाइस की खिंचाव क्षमता में सुधार करती है। एक इलास्टोमेरिक सब्सट्रेट पर एकल क्रिस्टल सी से सी नैनोरिबन्स बनाने के लिए बकलिंग दृष्टिकोण का उपयोग किया गया था। अध्ययन ने प्रदर्शित किया कि डिवाइस को संपीड़ित और खींचे जाने पर अधिकतम 10% तनाव सहन कर सकता है।

द्वीप इंटरकनेक्ट के मामले में, कठोर सामग्री विभिन्न ज्यामिति से बने लचीले पुलों से जुड़ती है, जैसे कि ज़िग-ज़ैग, टेढ़ी-मेढ़ी संरचनाएँ, आदि, प्रभावी कठोरता को कम करने के लिए, सिस्टम की स्ट्रेचेबिलिटी को ट्यून करती हैं, और इलास्टिक रूप से विकृत होती हैं। विशिष्ट दिशाओं में लागू उपभेदों। यह प्रदर्शित किया गया है कि टेढ़ी-मेढ़ी संरचनाओं का एपिडर्मल इलेक्ट्रॉनिक्स की विद्युत विशेषताओं पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ता है। यह भी दिखाया गया है कि इंटरकनेक्ट्स का उलझाव, जो सब्सट्रेट के ऊपर डिवाइस की गति का विरोध करता है, सर्पिल इंटरकनेक्ट्स को सर्पीन संरचनाओं की तुलना में काफी अधिक खिंचाव और विकृत करने का कारण बनता है। 3D द्वीप इंटरकनेक्ट तकनीकों का उपयोग करते हुए एक PDMS सब्सट्रेट पर निर्मित CMOS इनवर्टर ने स्ट्रेचिंग पर 140% तनाव का प्रदर्शन किया।

किरिगामी को 2डी झिल्लियों में मोड़ने और काटने की अवधारणा के आसपास बनाया गया है। यह सब्सट्रेट की तन्य शक्ति में वृद्धि के साथ-साथ इसके आउट-ऑफ-प्लेन विरूपण और खिंचाव में योगदान देता है। इन 2डी संरचनाओं को बाद में बकलिंग प्रक्रिया के माध्यम से विभिन्न स्थलाकृति, आकार और आकार नियंत्रणीयता के साथ 3डी संरचनाओं में बदल दिया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप दिलचस्प गुण और अनुप्रयोग होते हैं।

ऊर्जा
कई फैलने योग्य ऊर्जा भंडारण उपकरण और सुपरकैपेसिटर कार्बन-आधारित सामग्रियों जैसे एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs) का उपयोग करके बनाए जाते हैं। ली एट अल द्वारा एक अध्ययन। ने एक स्ट्रेचेबल सुपरकैपेसिटर (एक लोचदार PDMS सब्सट्रेट पर बकल्ड SWCNTs मैक्रोफिल्म और इलास्टोमेरिक सेपरेटर्स से बना) दिखाया, जिसने डायनेमिक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग का प्रदर्शन किया। इस खिंचाव योग्य ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी की मुख्य कमी कम विशिष्ट समाई और ऊर्जा घनत्व है, हालांकि रेडॉक्स सामग्री के समावेश से इसे संभावित रूप से सुधारा जा सकता है, उदाहरण के लिए SWNT/MnO2 इलेक्ट्रोड। स्ट्रेचेबल एनर्जी स्टोरेज डिवाइस बनाने का एक अन्य तरीका ओरिगेमी फोल्डिंग सिद्धांतों का उपयोग है। परिणामी ओरिगेमी बैटरी ने महत्वपूर्ण रैखिक और क्षेत्रीय विकृति, बड़ी ट्विस्टेबिलिटी और बेंडेबिलिटी हासिल की।

दवा
स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स को मानव शरीर के साथ निर्बाध रूप से बातचीत करने और बीमारियों का पता लगाने या गैर-आक्रामक तरीके से रोगी डेटा एकत्र करने के लिए स्मार्ट कपड़ों में एकीकृत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी और MC10 (एक लचीली-इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी) के शोधकर्ताओं ने एक पैच विकसित किया है जो पसीने में ग्लूकोज के स्तर का पता लगाने में सक्षम है और मांग पर आवश्यक दवा दे सकता है। (इंसुलिन या मेटफॉर्मिन)। पैच में सोने के कणों से भरे ग्राफीन होते हैं और इसमें सेंसर होते हैं जो तापमान, पीएच स्तर, ग्लूकोज और आर्द्रता का पता लगाने में सक्षम होते हैं। स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स भी डेवलपर्स को सॉफ्ट रोबोट बनाने की अनुमति देता है, ताकि अस्पतालों में न्यूनतम इनवेसिव सर्जरी को लागू किया जा सके। खासकर जब मस्तिष्क की सर्जरी की बात आती है और प्रत्येक मिलीमीटर महत्वपूर्ण होता है, ऐसे रोबोटों के पास मानव की तुलना में अधिक सटीक कार्य क्षेत्र हो सकता है।

स्पर्श संवेदन
कठोर इलेक्ट्रॉनिक्स आमतौर पर नरम, जैविक जीवों और ऊतकों के अनुकूल नहीं होते हैं। चूंकि स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स इसके द्वारा सीमित नहीं है, इसलिए कुछ शोधकर्ता इसे स्पर्श या स्पर्श संवेदन के लिए सेंसर के रूप में लागू करने का प्रयास करते हैं। इसे प्राप्त करने का एक तरीका प्रवाहकीय OFET (ऑर्गेनिक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर) की एक सरणी बनाना है जो एक ऐसा नेटवर्क बनाता है जो कैपेसिटेंस में स्थानीय परिवर्तनों का पता लगा सकता है, जो उपयोगकर्ता को संपर्क के बारे में जानकारी देता है। रोबोटिक्स और आभासी वास्तविकता अनुप्रयोगों में इसका संभावित उपयोग हो सकता है।

यह भी देखें

 * लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स
 * शीतल रोबोटिक्स
 * स्ट्रेच सेंसर