Wytrzymałe i trwałe materiały stosowane w elektronice są bardzo dobrze znane i zazwyczaj pożądane w dużych i małych urządzeniach. Ale co zrobić w przypadku, kiedy chcesz się pozbyć aparatury nie zostawiając po niej prawie żadnego śladu? Nad takimi materiałami pracują naukowcy z Iowa State University w Stanach Zjednoczonych, a wynikiem ich badań jest rozpuszczalny na żądanie kompozyt z osnową polimerową. Materiał o potencjalnych wojskowych i medycznych zastosowaniach, ulegający wymuszonej degradacji może być kontrolowany zdalnie.
Futurystyczne technologie, które do tej pory mogliśmy oglądać jedynie na ekranach naszych telewizorów powoli zaczynają wkraczać do rzeczywistości. Biokompatybilne, miniaturowe aparaty medyczne, które po wykonaniu pracy rozpuszczą się wewnątrz organizmu oraz urządzenia wojskowe, ulegające samozniszczeniu i nie pozostawiające żadnych śladów po misji wywiadowczej już niedługo mogą zaistnieć naprawdę. Wyobraźmy sobie także czujniki zbierające informacje na temat klimatu zmywane podczas deszczu. Mnogość ewentualnych zastosowań jest oszałamiająca.
Poprzednie badania w dziedzinie “przemijających materiałów” (z ang. transient materials) dotyczyły tworzenia rozpuszczalnych, biozgodnych urządzeń takich jak rezystory, tranzystory i diody. Większość produkowanych obecnie dla medycyny obwodów elektronicznych wykonanych jest głównie z porowatego krzemu oraz magnezu. Są one zamknięte w warstwie tlenku magnezu, który z kolei ma zewnętrzną powłokę z jedwabiu. Wszystkie te materiały nie powinny być odrzucane przez organizm i są rzekomo nieszkodliwe podczas wchłaniania w przypadku instalacji takiego urządzenia w ciele. Celem eksperymentów naukowców z Iowa State University było opracowanie biodegradowalnych, izolacyjnych warstw i platform nośnych dla wcześniej wymienionych narzędzi. Ważnym elementem testów było zbadanie możliwości precyzyjnej kontroli rozpadu. Synteza programowalnych, biodegradowalnych warstw posiadających odpowiednie właściwości fizyczne i chemiczne, mogłaby pomóc w budowie urządzeń elektronicznych i bioelektronicznych z czasowym limitem pracy.
Zespół badawczy zaprojektował i wykonał zaawansowany, funkcjonalny materiał, składający się z osnowy z polialkoholu winylowego (z ang. polyvinyl alcohol, PVA) oraz wypełnienia w postaci żelatyny i/lub sacharozy. W zależności od zaproponowanej kompozycji substratów wykazano, że degradacja materiału końcowego mogła być odpowiednio przyspieszana lub opóźniana. Większy dodatek żelatyny wpływał na spowolnienie rozpuszczania, a dołączenie sacharozy zwiększało szybkość rozkładu.
Na potwierdzenie postępów inżynierowie nagrali film, na którym widoczna jest dioda LED wraz z przewodami, zamontowana w polimerowej warstwie. Gdy dochodziło do kontaktu urządzenia z jedną kroplą wody, podstawa i okablowanie zaczynało się rozpuszczać, a wysyłane przez diodę niebieskie światło zgasło. Druga kropla dopełniła dzieła zniszczenia i tylko rozłożyła resztki.
Jak przekonują badacze, technologia będzie przydatna w aplikacjach, w których używane są wrażliwe i poufne dane. Oprócz tego, korzystając z wcześniej opisanej techniki, zespół był w stanie zbudować i przetestować antenę, która najpierw wysyłała dane, a następnie rozłożyła się pod wpływem zewnętrznego sygnału. Autorzy zwrócili uwagę na przypadek utraty karty kredytowej. Wykonane z podobnego materiału przedmioty mogłyby ulegać samodestrukcji po wysłaniu zakodowanego sygnału. Interesującą sprawą mogłyby być także odpowiednio zaprogramowane czujniki (uwzględniające czas i temperaturę) do przechowywania razem z pożywieniem. W momencie, gdy sensory przestałyby wysyłać informacje, wiadomo by było, że jedzenie nie jest już świeże. Z pewnością taki materiał zaciekawi również wojsko.
Inżynierowie poinformowali, że na pierwsze, publiczne prototypy poczekamy jeszcze parę miesięcy. W zależności od zainteresowania inwestorów, komercjalizacja i wprowadzenie produktu na rynek może potrwać nawet kilka lat.
Źródło:
[1] Handan Acar, Simge Çınar, Mahendra Thunga, Michael R. Kessler, Nastaran Hashemi, Reza Montazami. Study of Physically Transient Insulating Materials as a Potential Platform for Transient Electronics and Bioelectronics. Advanced Functional Materials, 2014; DOI: 10.1002/adfm.201304186
[2] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201304186/abstract [10.04.2014]
[3] http://www.news.iastate.edu/news/2014/04/03/transientmaterials [10.04.2014]
[4] Strechable Electronics By Steve Jurvetson from Menlo Park, CC-BY-2.0 via Wikimedia Commons