Самовосстановление электроники: продление срока службы и сокращение отходов

Источник: wissenschaft-aktuell.de

Когда в интегрированном чипе происходит разрыв проводящего контура, весь чип или даже все устройство выходит из строя. Вот если бы схемы могли восстановиться самостоятельно, и так быстро, чтобы пользователь даже не заметил проблему! Возможно, разработанная в Университете Иллинойса (США) система приблизит внедрение самовосстанавливающейся электроники. Профессор авиационно-космической техники Скотт Уайт и профессор материаловедения и инженерии Ненси Соттос предложили использовать микрокапсулы с жидким металлом. Стоит отметить, что ранее подобные решения уже применялись для самоисцеления полимерных материалов. Команда ученых из Иллинойса решила адаптировать эту технику для проводящих систем.

На верху золотой линии проводящего контура чипа размещаются крошечные микрокапсулы диаметром не более 10 мкм. В случае размыкания контура (к примеру, в проводнике образуется трещина) микрокапсулы разрушаются. Металл вытекает наружу, мгновенно заполняет поврежденный участок, и чип продолжает работать. Система отличается простотой и надежностью. Нет необходимости использовать сенсорные диагностические датчики — электронные компоненты решают возникающие проблемы самостоятельно, очень быстро и без участия человека. Электроника постоянно развивается, и различные гаджеты учатся выполнять все более сложные задачи. Производители уже вплотную подошли к пределу миниатюризации чипов. Но при высокой плотности соединений отмечается понижение надежности и сокращение срока службы, вызываемое значительными температурными колебаниями.

Разрыв в любой точке цепи выводит из строя все устройство. При этом возможностей для ремонта не так много — часто пользователь просто не может добраться до внутренней части схемы или чипа, и приходится его заменять. А в некоторых случаях (космическая, авиационная и военная техника) сбой в электронике может привести к фатальным последствиям. Эксперименты показали, что у 90% поврежденных образцов использование микрокапсул способствовало восстановлению оригинальной проводимости на 99%. При этом количество капсул было относительно невелико.

Самовосстанавливающаяся электроника имеет преимущества и при организации автономных и локальных систем. Микрокапсулы разрываются только в месте повреждения проводника — так что ремонт происходит именно там, где это нужно. При этом не требуется контроль человека или систем диагностики. В ближайшем будущем исследователи собираются доработать свою систему и изучить возможности ее применения в различных областях. В частности, они планируют с помощью микрокапсул добиться самовосстановления аккумуляторных батарей, повышения их надежности, безопасности и долговечности.