美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员在美国能源部的支持下,受人体免疫系统工作原理的启发,研究出可自行推进的纳米电机,可找出和修复电子元器件电流通路上的微小划痕和断裂,恢复电子器件的功能。
随着集成电路特征尺寸的不断减小,芯片的集成度和复杂度也越来越高,芯片也越容易受到工艺偏差和恶劣环境等因素的影响,出现性能减退甚至失效等情况。因此,可自修复电子器件成为对抗这种情况最有效的方法。
研究人员发现,当人体受伤流血后,血小板会自动定位伤口,并帮助启动自修复程序。因此研究人员希望能创造和使用极小的机器人在电子元器件的修复上实现同样的功能。研究人员金和铂设计和制造了纳米粒子,并使用过氧化氢提供能量。铂刺激过氧化氢分解为水和氧气,来推进纳米粒子。
在测试中,研究人员让纳米电机移动经过一个连着LED灯泡的受损电子元器件芯片表面。当这些电机利用疏水效应找到电流通路上的划痕时,它们跳入其中、膨胀并互相连接,实现对划痕的修复。测试结果是,在30分钟内完成修复,点亮LED灯泡。
但研究人员也补充道,要实现完全自动化自修复,需要创造一个设计好的化学环境,能够感知到损伤的发生,使用纳米电机并放置到合适的地方。
研究人员表示,该纳米电机适用于难以修复的电子元器件,如太阳能电池的导电层,这些太阳能电池通常放置于恶劣环境中,因此其导电层容易受到划伤,以及用于柔性传感器和电池等可穿戴设备用电子元器件,以承受巨大机械压力所带来的损害;在修复过程只与电子元器件所用材料有关,而在乎损伤发生了多长时间。
附:
美国DARPA和能源部一直推进可自修复电子元器件技术的研发。
2009年,DARPA启动“自愈混合信号集成电路”项目,提出研发可自修复电子器件,希望通过增加传感器和控制电路来减少因制造工艺偏差、环境变化和老化等因素而产生的性能损失。2013年3月,美国加州理工学院该项目的支持下,开发出功率芯片自愈技术,使芯片在负载失配、晶体管故障或部分电路受损情况下仍能正常工作。
2011年12月,美国伊利诺伊大学在能源部电能储存中心资金的支持下,开发出了一种可以在极短时间内自动恢复受损电路导电性能的可自愈电路。研究人员将直径为10微米的微型胶囊分散在以金线构成的电路上。当电路受损时,芯片破损的压力会促使一个装有修复材料的微胶囊破裂,其中的液态金属会流出并自动填充电路中的缝隙,使电路恢复导通。
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