HighTech Может ли современный человек представить будущее, в котором каждая вещь - кровать, обои и даже терка для овощей, способны подключаться к интернету, а окна и стены небоскребов непрерывно собирают солнечную энергию? Именно в таком ключе многие технологи видят грядущее развитие нашей цивилизации. Чтобы такое светлое будущее воплотилось в жизнь, вся инфраструктура должна базироваться на так называемых “кремниевых технологиях”. Однако это не единственный возможный путь достижения прогресса. Альтернативным решением вполне может стать, казалось бы, устаревший вид производства под названием “печать с рулона на рулон”.
По крайней мере, именно о перспективах применения этой технологии на прошедшей в Бостоне конференции “Общества материальных исследований” велись жаркие дискуссии. Предмет спора заключался в том, что существующих сегодня ресурсов производства интегральных схем и полупроводниковых элементов, способных производить до 20 миллиардов кремниевых чипов в год, явно недостаточно для того, чтобы “Интернет Всего” стал обыденной реальностью. С таким тезисом на конференции выступил профессор электроники и коммуникаций финского Технологического университета Тампере Дональд Лупо. Согласно предварительным оценкам ученых и исследователей, в течение следующих 5 лет к интернету будет подключено от 50 до 200 миллиардов новых объектов, некоторые из которых будут оснащены сразу несколькими устройствами. Он также добавил, что еще через некоторое время этот показатель может возрасти на несколько порядков.
“Триллион новых устройств означает, что человечеству понадобится гораздо больше производственных мощностей для того, чтобы поспеть за прогрессом, и мы считаем, что именно печать с рулона на рулон может решить эту проблему”,- считает Лупо.
Ученый состоит в команде, которая уже на протяжение четырех лет занимается проектом, цель которого заключается в развитии компонентов, пригодных для печати огромными прессами на гибких материалах вроде пластика. Таким способом можно создавать устройства, способные собирать энергию из света, радио-волн и даже обычного движения. Что касается хранения всей этой энергии, то для этого предполагается полностью заменить современные аккумуляторы, оказывающие слишком негативное воздействие на окружающую среду путем выделения токсичных веществ, на печатные суперконденасторы. В данный момент команда занимается разработкой особых “чернил”, с помощью которых можно печатать электроды, состоящие из углеродных нанотрубок, активированного угля (!), графена, полимер-композитов и даже гидрогель-электролитов. Здесь особенно стоит выделить гидрогель, чья ионная проводимость идентична соленой воде. Его преимущество заключается в том, что его намного проще производить, и он лишен такого недостатка как текучесть, усложняющего взаимодействие с материалом.
Как заявил Лупо, для массового производства таких схем с высокой скоростью работы и низким энергопотреблением, которые могут быть использованы в процессорах и беспроводных коммуникациях, необходимо соединить стандартный печатный процесс с атомным осаждением слоев. Эта технология - крайне сложная химическая реакция, в ходе которой тончайшая пленка постепенно накладывается слой за слоем, что делает возможной создание сложнейших электронных устройств.
Ученые по всему миру предпринимают все возможные шаги для скорейшего достижения заветной цели. Например, дрезденская компания-стартап под названием Heliatek занимается не только разработкой методов печати составляющих для солнечных батарей, но и усовершенствованием печати с рулона на рулон путем соединения процесса с вакуумным осаждением. Суть этой хитрости заключается в том, что в вакууме все материалы и процессы подчиняются совершенно иным законам, и именно это в перспективе может дать исследователям желаемый результат.
Так или иначе, главный директор по технологиям компании Helitatek Мартин Пфайфер признает, что на данной стадии разработки их продукт нельзя назвать конкурентоспособным на рынке из-за высокой стоимости оборудования, задействованного в столь сложном процессе. Однако с увеличением объемов производства и усовершенствованием технологий цена за квадратный метр таких микросхем вскоре может спуститься до 30 евро. А учитывая то, что их продукт можно применить буквально к каждому существующему в мире зданию, потенциал для развития рынка “практически неисчерпаем”.
Конечно, существует и масса других способов создания высокопроизводительных микросхем будущего. Например, Жичао Жанг из Гонг-Конгского университета предлагает использовать парафиновые пластины, на которых можно поместить органические кристаллы прямо поверх диэлектриков, что в результате даст некое подобие органических транзисторов. А Димитра Георгиаду из Имперского колледжа Лондона недавно описала процесс под названием адезивная литография, суть которого заключается в послойном нанесении различных металлов и органических материалов и использовании адезивных материалов для увеличения энергоэффективности микросхем.