एक ब्रश, एक घुमावदार सतह, हवा में सूखने वाली तरल की दो परतें। कोई सोल्डरिंग नहीं, कोई चिपके हुए चिप्स नहीं, कोई केबल नहीं जो आकार बदलने पर अलग हो जाएँ। रोबोटिक भुजा मुड़ती है, सेंसर भी उसके साथ मुड़ता है। ईंट नमी सोखती है, पेंट बिजली पैदा करता है। यह इसलिए काम करता है क्योंकि यह गतिशील दुनिया में कठोर होने की कोशिश नहीं करता: इसीलिए इसे लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स कहा जाता है। लेकिन यह इलेक्ट्रॉनिक्स इससे भी आगे जाता है।
आई रिसेकेरेटरी डेल 'झेजियांग विश्वविद्यालय उनके पास लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स को ज़रूरत पड़ने पर सीधे पेंट करने की एक विधि है। दो इलास्टोमेरिक पेंट: एक लिथियम आयनों के माध्यम से आवेश का संचालन करता है, दूसरा इंसुलेशन करता है। इन्हें किसी भी सतह पर क्रमिक रूप से लगाया जा सकता है, यहाँ तक कि उन सतहों पर भी जो मुड़ी हुई, मुड़ी हुई या ऐसी आकृतियाँ रखती हैं जिन्हें पहले से बनी फिल्मों से ढकना असंभव है।
वह समस्या जिसे कोई स्वीकार नहीं करना चाहता था
लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स का इस्तेमाल सालों से होता आ रहा है। लेकिन इसमें हमेशा एक छिपी हुई तरकीब रही है: उपकरणों को सपाट सतहों पर बनाया जाता है, फिर उन्हें घुमावदार वस्तुओं पर स्थानांतरित किया जाता है। परिणाम पूर्वानुमानित (और निराशाजनक) है। फ़िल्में उखड़ जाती हैं, संपर्क टूट जाते हैं, और मोड़ों पर दरारें पड़ जाती हैं। यह तब तक काम करता है जब तक सतह स्थिर रहती है। जैसे ही कोई चीज़ हिलती है, सिस्टम ध्वस्त हो जाता है।
शोध दल समस्या की जड़ तक पहुँच गया: किसी और जगह निर्माण करके और फिर उसे हटाकर नहीं, बल्कि सीधे वहीं निर्माण करके जहाँ उपकरण रखा जाएगा। दोनों पेंट सामान्य उपकरणों (ब्रश, डिप या प्रिंट) से लगाए जाते हैं, बिना किसी ताप उपचार या नियंत्रित वातावरण के हवा में सुखाए जाते हैं, और लचीली परतें बनाते हैं जो सतह से भौतिक रूप से चिपक जाती हैं, सूक्ष्म दरारें और अनियमितताओं को भर देती हैं।
विद्युत प्रवाहकीय पेंट कैसे काम करता है
प्रवाहकीय पेंट एक संशोधित पॉलीयूरेथेन है जो विलायक में घुला होता है लिथियम बिस(ट्राइफ्लोरोमेथेनसल्फोनिल)इमाइडचिपचिपा द्रव सतह पर फैल जाता है। विलायक वाष्पित हो जाता है। जो बचता है वह एक ठोस इलास्टोमर होता है जो इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से नहीं, बल्कि लिथियम आयनों के माध्यम से विद्युत का संचालन करता है। इससे सब कुछ बदल जाता है।
आयनिक पदार्थ धातुओं की तुलना में कहीं अधिक खिंचते हैं। पेंट 1280% विस्तार: किसी नमूने को तोड़ने से पहले उसकी लम्बाई से बारह गुना अधिक तक खींचा जाता है। पारंपरिक पहनने योग्य सेंसरों के विपरीत, जिसमें कठोर प्रवाहकीय धातुओं का उपयोग किया जाता है, यह पेंट चालकता खोए बिना अपने मूल आकार में वापस आ जाता है।
लिथियम नमक की मात्रा यांत्रिक गुणों को नियंत्रित करती है। वजन के हिसाब से 15%इस कोटिंग की तन्य शक्ति 35 मेगापास्कल से अधिक और मापांक 4,35 मेगापास्कल है। यह मज़बूत और कठोर है।
Al वजन के हिसाब से 45%, प्रतिरोध कम हो जाता है लेकिन बढ़ाव 1280% तक बढ़ जाता है। 500% विकृति पर हिस्टैरिसीस अनुपात 12% होता है: खिंचने और मुक्त होने के बाद पदार्थ लगभग अपने मूल आकार में वापस आ जाता है।
यह बहुलक रासायनिक रूप से क्रॉस-लिंक्ड नहीं है। सूखी हुई कोटिंग्स को उसी विलायक में घोलकर पुनः उपयोग के लिए पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। दूसरी कोटिंग एक परावैद्युत परत बनाती है जो विद्युत आवेश को रोकती है। दोनों कोटिंग्स मिलकर, बहुस्तरीय संरचनाओं को सीधे साइट पर बनाने की अनुमति देती हैं।
एक ईंट जो नमी से बिजली पैदा करती है
एक ईंट पर एक चालक परत बिछाई जाती है। कोटिंग की ऊपरी सतह, ईंट के संपर्क वाले हिस्से की तुलना में हवा से अधिक जलवाष्प अवशोषित करती है। यह अंतर आयन सांद्रता में एक प्रवणता उत्पन्न करता है जो आवेशों की गति को संचालित करता है, जिससे लगभग 200 मिलीवोल्ट और 0,25 माइक्रोएम्प्स निश्चित आर्द्रता और तापमान पर।
यह घर को बिजली देने के लिए पर्याप्त नहीं है। लेकिन यह दर्शाता है कि निष्क्रिय सतहें पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को जोड़े बिना भी जनरेटर बन सकती हैं। बस तरल लगाएँ और सूखने दें।
बिना तार या संपर्क वाले सेंसर से ढके रोबोट
एक वायवीय रोबोटिक भुजा की आंतरिक दीवार पर कोटिंग करके एक प्रतिरोधक तनाव संवेदक बनाया जाता है। जैसे-जैसे भुजा मुड़ती है, कोटिंग खिंचती है, जिससे गति के अनुरूप उसका विद्युत प्रतिरोध बदलता है। अगली पीढ़ी के पहनने योग्य उपकरणों की तरहउच्च-नमक फॉर्मूलेशन में कम हिस्टैरिसीस होता है: जब हाथ को बार-बार मोड़ा जाता है तो रीडिंग स्थिर रहती है।
इन दोनों पेंट का उपयोग बहुपरत उपकरण बनाने के लिए भी किया जाता है। एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजनरेटर बनाने के लिए एक छड़ को पहले चालक पेंट में और फिर परावैद्युत पेंट में डुबोया जाता है। धातु की प्लेट पर टकराने पर, यह उपकरण लगभग 2 वोल्ट और 15 माइक्रोएम्प्सघुमावदार सतहों पर धब्बा लगाकर बनाए गए इसी प्रकार के जनरेटर, उंगलियों से टैप करने पर लगभग 0,6 वोल्ट और 30 माइक्रोएम्पियर उत्पन्न करते हैं।
एक घुमावदार रोबोटिक सतह पर दो चालक परतों के बीच एक परावैद्युत परत रखकर एक धारिता दाब संवेदक का निर्माण किया जाता है। जैसे-जैसे दाब बढ़ता है, धारिता भी बढ़ती है। यह उपकरण इस बात पर नजर रखता है कि रोबोटिक हाथ बेसबॉल को कितनी मजबूती से पकड़ता है और बार-बार मोड़ने पर भी वह कितना सुरक्षित रहता है।
सदस्यता तकनीक से ज़्यादा महत्वपूर्ण क्यों है?
तरल रूप में लगाने पर, पेंट सतह की सूक्ष्म दरारों को भर देता है। सूखने के बाद, कोटिंग भौतिक रूप से सब्सट्रेट से चिपक जाती है। आसंजन ऊर्जा लगभग 1000 जूल प्रति वर्ग मीटर एक्रिलिक पर 35 से 200 जूल प्रति वर्ग मीटर, तथा धातु और कांच पर 35 से 200 जूल प्रति वर्ग मीटर, जो नमक के स्तर पर निर्भर करता है।
ये मान पूर्वनिर्मित इलास्टोमेरिक फिल्मों को समान सब्सट्रेट पर लेमिनेट करने पर मापे गए मानों से ज़्यादा हैं। यह इन-सीटू फॉर्मिंग के लाभ को पुष्ट करता है। ये कोटिंग्स पारदर्शी भी हैं, जो सामान्य मोटाई के लिए 80% से अधिक दृश्य प्रकाश को संचारित करती हैं। वे बार-बार खींचने पर भी चालकता बनाए रखते हैं और अंतर्निहित सतह के आकार बदलने पर भी टूटते या विघटित नहीं होते।
अधिक “अध्ययनित” लोगों के लिए: सूखे लेप की आयनिक चालकता, नमक की मात्रा के साथ बढ़ती है, न्यूनतम परीक्षण स्तर पर 1,08 × 10⁻³ S m⁻¹ से लेकर उच्चतम स्तर पर 53,23 × 10⁻³ S m⁻¹ तक। ये लेप पराबैंगनी प्रकाश, निर्वात या नियंत्रित वातावरण की आवश्यकता के बिना परिवेशीय परिस्थितियों में कठोर हो जाते हैं।
लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स जिन्हें हटाया और बदला जा सकता है
चूँकि इन कोटिंग्स को उनकी तैयारी में इस्तेमाल किए गए उसी विलायक से हटाया जा सकता है, इसलिए ये अंतर्निहित सतह को नुकसान पहुँचाए बिना सामग्री की मरम्मत और पुनर्प्राप्ति में मदद करती हैं। ये पेंट्स पराबैंगनी प्रकाश, निर्वात या नियंत्रित वातावरण की आवश्यकता के बिना परिवेशीय परिस्थितियों में भी सूख जाते हैं।
लोचदार आयनिक चालकता, प्रत्यक्ष आसंजन, बहुपरत संगतता और सामग्री पुनर्प्राप्ति को मिलाकर, इलास्टोमेरिक पेंट्स का वर्णन किया गया है एडवांस्ड फंक्शनल मैटेरियल्स में प्रकाशित अध्ययन वे सॉफ्ट इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम बनाने का तरीका प्रदर्शित करते हैं, जो ट्रांसफर फिल्म या विशेष निर्माण वातावरण पर निर्भर हुए बिना जटिल सतहों पर काम करते हैं।
वास्तव में क्या बदलता है?
लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स अब प्रयोगशाला में बनाए गए और उम्मीद की जाने वाली चीज़ नहीं रहे कि वे टिकेंगे। वे ऐसी चीज़ बन रहे हैं जो वहीं पैदा होती है जहाँ उसे काम करने की ज़रूरत होती है। पहनने योग्य उपकरणों को अब लचीले कपड़ों पर चिपके कठोर चिप्स की ज़रूरत नहीं होती। नरम रोबोट बिना कठोर हुए सेंसर से ढके जा सकते हैं। जिन सतहों को पारंपरिक तरीकों से विद्युतीकृत नहीं किया जा सकता था, वे सक्रिय हो जाती हैं।
लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार मूल्यवान है 125,54 में 2025 अरब डॉलर और 2030 तक इसमें प्रतिवर्ष 8,8% की वृद्धि होगी। लेकिन वृद्धि इस बात पर निर्भर करती है कि उपकरणों को वहां स्थापित किया जाए जहां उनकी आवश्यकता है, न कि वहां जहां उनका विनिर्माण सुविधाजनक हो।
हवा में सूखने वाले दो पेंट शायद वहाँ पहुँचने का सबसे आसान तरीका हो सकते हैं। कोई साफ़ कमरे नहीं, कोई ट्रांसफ़र नहीं, कोई तकनीकी बहाना नहीं। बस सतहें जो इलेक्ट्रॉनिक हो जाएँ क्योंकि किसी ने उन्हें पेंट किया है।
