Ученые Института квантовых технологий МФТИ создали сверхгибкую и растяжимую сегнетоэлектрическая память на биосовместимой платформе. «Флешка» толщиной 30 микрометров выдерживает 150 000 циклов сгиба и нагрузку растяжения в полтора килограмма, не теряя своих сегнетоэлектрических свойств. Разработку можно применить для создания гибкой медицинской электроники, сообщили в пресс-службе института.
Специалисты разработали технологию производства пленочной памяти, стенд для тестирования ее свойств и теоретически подтвердили результаты экспериментальных испытаний.
Гибкая память необходима в различных приложениях: гнущиеся дисплеи, электронная бумага, электронный текстиль. Устройства, конструктивно похожие на гибкую память, могут использоваться в устройствах «зеленой» энергетики, чтобы преобразовывать механические деформации в электрическую энергию и подзаряжать аккумуляторы.
По словам ученых, перспективно ее применение и в здравоохранении. Умные носимые сенсоры можно было бы прикреплять к коже человека, чтобы считывать в реальном времени, например, давление, пульс, температуру тела — и тут же их записывать и обрабатывать. Также можно было бы делать «умные» импланты. Например, нейронные импланты, которые содержали бы микроконтроллеры и энергонезависимую память. Такие устройства смогут помочь в лечении неврологических заболеваний, связанных с нарушением мозговой деятельности: эпилепсии, болезни Паркинсона, тяжелой клинической депрессии и других.
Запоминающие устройства на основе сегнетоэлектрических материалов энергонезависимы, позволяют быстро считывать и записывать данные, обладают большим ресурсом перезаписи информации, низким энергопотреблением и компактными габаритами.
В МФТИ сосредоточились на создании гибкой сегнетоэлектрической памяти именно для биомедицинских применений. В качестве биосовместимой платформы выбрали органические пленки полиимида, а в качестве материала энергонезависимой памяти — сегнетоэлектрическую пленку оксида гафния, легированного цирконием, толщиной 10 нм.
«Пленки оксида гафния проявляют сегнетоэлектрические свойства, будучи очень тонкими: от 4 до 30 нанометров, а с другими материалами нужна толщина больше 100 нанометров. Поэтому мы ожидали, что материал окажется очень гибким и будет сохранять свои сегнетоэлектрические свойства при сгибах и различных механических деформациях», — рассказала Анастасия Чуприк, заведующая лабораторией перспективных концепций хранения данных МФТИ.
Затем ученые разработали многоступенчатую технологию получения гибкой биосовместимой «флешки» и стенд для тестирования механических свойств.
«Технология получения устройства на подложке очень сложная и многоступенчатая. Но она позволила достичь очень маленькой толщины образца устройства, — объяснила Анастасия Чуприк. — И чтобы показать, что устройство обладает беспрецедентными механическими свойствами — оно выдерживает многократное складывание пополам, — мы разработали целую установку. На ней мы продемонстрировали, что устройство выдерживает 150 000 циклов изгиба и растяжение нагрузкой в полтора килограмма. Вручную нам таких цифр было бы не достичь».
Несмотря на все испытания, которые исследователи проводили с пленочной флешкой, она сохраняла свои сегнетоэлектрические свойства. Ученые довели эту гибкую память до стадии достаточно высокой проработки, когда в установке для тестирования механических и сегнетоэлектрических свойств этот гибкий пленочный «чип» уже просто вставляется в стандартный разъем для считывания информации. В результате им удалось не только создать само устройство с уникальными механическими свойствами. Теперь у исследователей есть сложная технология получения тонких пленок, обладающих «памятью», на гибкой и биосовместимой подложке. Также они разработали стенд для тестирования механических и сегнетоэлектрических свойств. Устройство сможет стать прототипом памяти для носимой и медицинской электроники. Используемая технология и тестовый стенд помогут создавать новые элементы гибкой электроники и улучшать существующие запоминающие устройства.
Работа выполненная при финансовой поддержке Российского научного фонда, опубликована в журнале Advanced Electronic Materials.
Новости СМИ2
