Изгиб, скрутка и соединение: Взлет гибких соединителей

Проектирование и производство разъемов, используемых в современных электронных устройствах, испытывает всплеск инноваций, вызванный постоянным спросом на всё более маленькие, эффективные и умные устройства. Одна из актуальных тенденций, заслуживающих нашего внимания, - это разработка и использование гибких разъемов и растяжимых разъемов. Эти разъемы обладают способностью гнуться, скручиваться и растягиваться, при этом продолжая корректно функционировать, что делает возможными новые применения в области здравоохранения, носимой электроники и гибкой электроники. Используя эти уникальные разъемы в своих проектах, инженеры получают важный строительный блок для разработки прорывных продуктов следующего поколения.

3 ключевые технологии гибких и растяжимых разъемов

Гибкие и растяжимые разъемы разработаны для поддержания электрической связи даже при деформации. Для этого они используют передовые материалы и инновационные технологии производства. В отличие от традиционных жестких разъемов, которые могут сломаться или потерять функциональность при изгибе или растяжении, разъемы, о которых идет речь, используют гибкие подложки и проводящие материалы, чтобы гарантировать долговечность и функциональность разъема в динамично изменяющихся условиях окружающей среды.

Проводящие чернила: Проводящие чернила важны для тех, кто разрабатывает и производит гибкие и растяжимые соединители. Эти интересные чернила содержат металлические наночастицы, такие как серебро или медь, которые обеспечивают отличную проводимость, и эти необычные чернила можно наносить на различные подложки. Прогресс в этой области стимулирует разработку проводящих чернил из устойчивых материалов. Например, это недавнее исследование, опубликованное на nature.com, показывает перспективы использования биоразлагаемых чернил на основе эмульсии полилактидной кислоты с углеродными нанотрубками и серебром для печати датчиков давления. Эти футуристические чернила биоразлагаемы в морской среде, что минимизирует накопление токсичных материалов в экосистеме со временем.

Уникальные гибкие подложки и техники печати: Гибкие подложки являются ключевым элементом для создания гибких или растяжимых соединителей. Базовые материалы, такие как полиимид, силикон и термопластичный полиуретан (TPU), обеспечивают гибкость и прочность, которые ищут специалисты. Алхимия процесса достигает своего апогея, когда передовые струйные и 3D-принтеры с чрезвычайно высокой степенью точности наносят проводящие чернила на одну из этих гибких подложек.

Например, компания Nano Dimension, лидер в области аддитивного производства, разработала инновационные методы печати многослойных гибких схем. Их DragonFly IV - это система, производящая электронику методом добавочного производства (AME), способная к уникальному процессу точного нанесения проводящих и диэлектрических материалов, что позволяет создавать сложные, гибкие соединители и другие компоненты.

Микрофлюидные каналы: Микрофлюидные каналы - это крошечные каналы, заполненные жидкостью, способные проводить электричество, что предлагает альтернативный подход к созданию гибких или растяжимых соединителей. Эти каналы могут быть интегрированы в гибкие подложки для формирования высокоадаптивных цепей. В случаях, когда важны сложность и крайняя адаптивность – например, в носимых устройствах мониторинга здоровья – эта технология чрезвычайно ценна.

Применение гибких и растяжимых соединителей

Носимые устройства: Гибкие и растяжимые соединители меняют способ проектирования носимых устройств, а также функциональность, которую они могут предоставлять. Позволяя датчикам оставаться полностью функциональными и предоставлять точные и надежные данные – даже когда пользователь физически активен – становятся возможны новые форм-факторы продуктов и возможности. Используя эти соединители, дизайнеры могут создавать носимые продукты, которые обеспечивают большую функциональность в сочетании с приятным комфортом ношения.

Согласно исследованию Grand View Research, глобальный рынок носимых технологий составил 61,3 миллиарда долларов в 2022 году и, по прогнозам, будет расти с совокупным годовым темпом роста (CAGR) 14,6% с 2023 по 2030 год. Учитывая потенциал прорывных достижений в будущем, этот прогноз может оказаться слишком консервативным.

Здравоохранение и медицинские устройства:В сфере здравоохранения гибкие соединители являются ключевым элементом в разработке передовых медицинских устройств, которые менее инвазивны и более комфортны для пациентов. Например, растяжимые мониторы ЭКГ можно носить на коже для непрерывного мониторинга сердечной активности без дискомфорта, который многие пациенты испытывают, используя традиционные жесткие электроды. Для более подробного изучения темы смотрите Гибкая электроника и применение в здравоохранении в журнале Frontiers in Nanotechnology.

Гибкая электроника и дисплеи:Гибкие соединители позволяют интегрировать электронные компоненты в гибкие экраны, тем самым открывая захватывающие новые форм-факторы для различных устройств, включая смартфоны, планшеты, ноутбуки, телевизоры и носимые дисплеи. Гиганты индустрии Samsung и LG находятся на переднем крае этой привлекательной технологии, разрабатывая гибкие OLED-экраны, которые можно складывать или сворачивать без повреждения внутренних схем.

Мягкая робототехника: Мягкая робототехника - это новое направление, которое связано с созданием робототехнических компонентов из материалов, обладающих высокой гибкостью, часто с целью имитации гибкости и физических характеристик и возможностей человека или животных. Гибкие и растяжимые соединители являются ключевыми элементами для разработчиков новых систем мягкой робототехники. Они позволяют интегрировать электронные компоненты, датчики и исполнительные механизмы в деформируемые структуры мягких роботов, не ухудшая гибкость или функциональность робота.

Проблемы, с которыми сталкивается внедрение

Долговечность и надежность:Одной из основных проблем в разработке гибких и растяжимых соединителей является обеспечение их долговечности и надежности при повторном использовании и даже при «неправильном обращении». Для решения этой проблемы производители продолжают исследовать мир новых возможных материалов и ряд сложных защитных покрытий, которые позволят следующему поколению гибких и растяжимых соединителей работать надежно, несмотря на повторяющиеся механические нагрузки. Кроме того, продолжается разработка передовых методов изготовления, таких как селективное лазерное спекание и отжиг, нацеленных на улучшение адгезии и проводимости печатных плат с общей целью повышения долговечности.

Производство и масштабируемость: Масштабирование производства гибких и растяжимых соединителей для удовлетворения потенциального спроса уже давно является значительной проблемой, и эта проблема сохраняется и по сегодняшний день. Точные производственные процессы, требуемые для этого, упорно продолжают быть как дорогостоящими, так и времязатратными. Тем не менее, некоторые потенциально значимые достижения в области печатных технологий и науки о материалах помогают оставить свой след на улучшении процессов разработки и производства. Например, техники печати с прокатки, которые были разработаны для производства гибких солнечных панелей, адаптируются для более эффективного производства гибких электронных компонентов.

Перспективы для гибких и растяжимых соединителей обещающие. Ожидается, что текущие достижения будут способствовать дальнейшим прорывам. Возникающие применения в областях, начиная от умных тканей до биосовместимых устройств и передовой робототехники, вероятно, получат огромную пользу.

Скрытые герои цифрового мира: Иногда самые основные компоненты обладают большой мощностью. Как профессиональный дизайнер или инженер, вы можете использовать эту мощность, воспользовавшись инновациями в технологии соединителей, о которых здесь говорится, как инструментами для преодоления разрывов, сокращения расстояний и обеспечения бесшовной коммуникации в ваших проектах.