[:ru]Создан первый светодиод, полностью изготовленный при помощи технологий трехмерной печати[:ua]Створений перший світлодіод, повністю виготовлений за допомогою технологій тривимірного друку.[:en]THE FIRST FULLY 3-D PRINTED LEDS ARE HERE[:]

  • від
Создан первый светодиод, полностью изготовленный при помощи технологий трехмерной печати

[:ru]Технологии трехмерной печати рассматриваются как своего рода революция в области технологий производства, важность которой равна, а возможно и превышает важность такого изобретения, как сборочные конвейеры. Привлекательность этих технологий заключается в том, что каждый из людей, имеющих в своем распоряжении трехмерный принтер, имеет возможность загрузить или купить цифровые шаблоны и напечатать все, начиная от очков, кружек, различных деталей и прочего, что ему жизненно необходимо. Однако, основная проблема трехмерной печати заключается в том, что люди могут печать только подобия пластмассовых игрушек, если не брать в расчет детали огнестрельного оружия, пищевые продукты и даже некоторые органы человеческого тела.

“Все, что могут получить нынешние пользователи технологий трехмерной печати – это различные штучки, изготовленные из пластмассы максимум двух цветов в лучшем случае”

– рассказывает инженер-механик Майкл Макэлпайн (Michael McAlpine), –

“Но настоящая революция в 3D-печати произойдет только тогда, когда можно будет на одном принтере печатать предметы, состоящие из нескольких совершенно различных материалов”

.

Создан первый светодиод, полностью изготовленный при помощи технологий трехмерной печати

Макэлпайн и его коллеги из Принстонского университета пошли гораздо дальше двухцветных игрушечных фигурок. Они при помощи технологии трехмерной печати и пяти различных материалов изготовили первые в мире функционирующие светодиоды. И хотя несколько других групп исследователей также работают в направлении создания 3D-напечатанной электроники, “Все они печатали только макеты своих электронных устройств, в которые потом встраивались обычные светодиоды”.

Для того, чтобы получить возможность печатать светодиоды и другие электронные компоненты из нескольких разных материалов, исследователям пришлось создать практически с нуля специальный трехмерный принтер. Этот процесс занял около шести месяцев времени и потребовал вложений в сумме около 15 тысяч долларов.

Светодиоды, которые удалось напечатать принстонским исследователям, называются светодиодами на квантовых точках (QD LED). Их принцип действия очень похож на принцип действия светодиодов, которые можно найти в телевизорах и смартфонах, но, благодаря наличию квантовых точек, эффективность QD-светодиодов намного выше эффективности обычных светодиодов.

Свечение печатного светодиода

Напечатанные светодиоды состоят из пяти слоев. В основании лежит металлическое кольцо, состоящее из серебряных наночастиц, которое выступает в роли электрического контакта, соединяющего светодиод с остальной частью электронной схемы. Сверху кольца наложены два слоя разных полимеров, имеющих очень длинные “химические” названия, которые передают электрический ток к следующему слою. Этот следующий, четвертый слой, и содержит квантовые точки, в роли которых выступают наночастицы из селенида кадмия, обернутые в раковину из сульфида цинка. Когда электроны попадают в эти квантовые точки, они испускают оранжевый или зеленый свет. Излучаемый свет выходит наружу через последний прозрачный слой из оксида олова-индия, который выступает в роли второго электрического контакта, через который отработанные электроны покидают пределы структуры светодиода.

Кроме проблем высокоточной трехмерной печати группе Макэлпайна пришлось решить проблему совмещения разнородных материалов, некоторые из которых обладают ярко выраженными гидрофобными качествами, другие являются гидрогелем, а третьи – твердыми материалами. В результате усилий исследователей им удалось совместить все эти материалы в единую структуру и создать то, что можно назвать 3D-напечатанным объектом, состоящим из максимального количества разнородных материалов на сегодняшний день.

Свечение 3D-напечатанного светодиода практически не отличается от свечения обычных светодиодов. Тем не менее, характеристики новых светодиодов далеко не дотягивают до характеристик самых эффективных полупроводниковых светодиодов. Но, управляя толщиной создаваемых слоев, обеспечив равномерность распределения квантовых точек и экспериментируя с составами “чернил” для трехмерного принтера, исследователи постараются улучшить в разы некоторые характеристики печатных светодиодов. А когда такие технологии станут более дешевыми и получат широкое распространение, каждый из нас сможет напечатать себе новый экран для своего самодельного телевизора, компьютера или смартфона.

Но исследователи видят в технологиях трехмерной печати гораздо больший потенциал: “Обычная электроника промышленного производства состоит из условно двухмерных компонентов. Все, что находится внутри телевизоров и телефонов можно назвать плоским. Но трехмерная печать может предоставить и третье измерение в распоряжение производителей электроники. Благодаря этому люди могут получить такие вещи, которые они пока не в состоянии даже себе и представить”.

А дальше группа Макэлпайна собирается разработать подобные технологии трехмерной печати транзисторов и прочих электронных компонентов, что позволит при помощи трехмерных принтеров изготавливать не только законченные электронные схемы, но даже и полностью работоспособные устройства целиком.

Источник: http://www.popsci.com/article/technology/first-fully-3-d-printed-leds-are-here[:ua]Технології тривимірного друку розглядаються як свого роду революція в області технологій виробництва, важливість якої рівна, а можливо і перевищує важливість такого винаходу, як складальні конвеєри. Привабливість цих технологій полягає в тому, що кожен з людей, що мають у своєму розпорядженні тривимірний принтер, має можливість завантажити або купити цифрові шаблони і надрукувати все, починаючи від окулярів, кухлів, різних деталей і іншого, що йому життєво необхідно. Проте, основна проблема тривимірного друку полягає в тому, що люди можуть друкувати тільки подібності пластмасових іграшок, якщо не брати в розрахунок деталі вогнепальної зброї, харчові продукти і навіть деякі органи людського тіла.

“Все, що можуть отримати нинішні користувачі технологій тривимірного друку – це різні штучки, виготовлені з пластмаси максимум двох кольорів у кращому разі”

– розповідає інженер-механік Майкл Макэлпайн (Michael McAlpine), –

“Але справжня революція в 3d-друку станеться тільки тоді, коли можна буде на одному принтері друкувати предмети, що складаються з декількох абсолютно різних матеріалів”

.
Создан первый светодиод, полностью изготовленный при помощи технологий трехмерной печати

Макэлпайн і його колеги з Принстонского університету пішли набагато далі за двоколірні іграшкові фігурки. Вони за допомогою технології тривимірного друку і п’яти різних матеріалів виготовили перші у світі функціонуючі світлодіоди. І хоча декілька інших груп дослідників також працюють у напрямі створення 3d-друкованої електроніки, “Усі вони друкували тільки макети своїх електронних пристроїв, в які потім вбудовувалися звичайні світлодіоди”.

Для того, щоб отримати можливість друкувати світлодіоди і інші електронні компоненти з декількох різних матеріалів, дослідникам довелося створити практично з нуля спеціальний тривимірний принтер. Цей процес зайняв близько шести місяців часу і зажадав вкладень в сумі близько 15 тисяч доларів.

Світлодіоди, які вдалося надрукувати принстонським дослідникам, називаються світлодіодами на квантових точках (QD LED). Їх принцип дії дуже схожий на принцип дії світлодіодів, які можна знайти в телевізорах і смартфонах, але, завдяки наявності квантових точок, ефективність QD- світлодіодів набагато вища за ефективність звичайних світлодіодів.

Світіння друкарського світлодіода
Надруковані світлодіоди складаються з п’яти шарів. У основі лежить металеве кільце, що складається з срібних наночасток, яке виступає в ролі електричного контакту, що сполучає світлодіод з іншою частиною електронної схеми. Згори кільця накладені два шари різних полімерів, що мають дуже довгі “хімічні” назви, які передають електричний струм до наступного шару. Цей наступний, четвертий шар, і містить квантові точки, в ролі яких виступають наночастки з селеніду кадмію, обернуті в раковину з сульфіду цинку. Коли електрони потрапляють в ці квантові точки, вони випускають помаранчеве або зелене світло. Випромінюване світло виходить назовні через останній прозорий шар з оксиду олова-індію, який виступає в ролі другого електричного контакту, через який відпрацьовані електрони покидають межі структури світлодіода.

Окрім проблем високоточного тривимірного друку групі Макэлпайна довелося розв’язати проблему поєднання різнорідних матеріалів, деякі з яких мають яскраво виражені гідрофобні якості, інші є гідрогелем, а треті – твердими матеріалами. В результаті зусиль дослідників їм вдалося поєднати усі ці матеріали в єдину структуру і створити те, що можна назвати 3d-надрукованим об’єктом, що складається з максимальної кількості різнорідних матеріалів на сьогодні.

Світіння 3d-надрукованого світлодіода практично не відрізняється від світіння звичайних світлодіодів. Проте, характеристики нових світлодіодів далеко не дотягують до характеристик найефективніших напівпровідникових світлодіодів. Але, управляючи завтовшки створюваних шарів, забезпечивши рівномірність розподілу квантових точок і експериментуючи із складами “чорнила” для тривимірного принтера, дослідники постараються поліпшити в рази деякі характеристики друкарських світлодіодів. А коли такі технології стануть дешевшими і отримають широке поширення, кожен з нас зможе надрукувати собі новий екран для свого саморобного телевізора, комп’ютера або смартфону.

Але дослідники бачать в технологіях тривимірного друку набагато більший потенціал: “Звичайна електроніка промислового виробництва складається з умовно двомірних компонентів. Все, що знаходиться усередині телевізорів і телефонів можна назвати плоским. Але тривимірний друк може надати і третій вимір в розпорядження виробників електроніки. Завдяки цьому люди можуть отримати такі речі, які вони доки не в змозі навіть собі і представити”.

А далі група Макэлпайна збирається розробити подібні технології тривимірного друку транзисторів і інших електронних компонентів, що дозволить за допомогою тривимірних принтерів виготовляти не лише закінчені електронні схеми, але навіть і повністю роботоздатні пристрої цілком.

Джерело: http://www.popsci.com/article/technology/first-fully-3-d-printed-leds-are-here[:en]3-D printing has been touted as the most amazing thing to happen to manufacturing since the assembly line. The idea is that, someday, every home could be a mini-factory, downloading CAD templates online and printing off eyeglasses, coffee mugs, shoes, and whatever else a household might need. The problem is that right now most 3-D printers can only print the equivalent of plastic toys—plus a few guns, pizzas, and body parts here and there.

“In the world of 3-D printing, the big push is to try to print with multiple materials at once,”

says mechanical engineer Michael McAlpine.

“What they really mean, usually, is printing in two different-colored plastics.”

Создан первый светодиод, полностью изготовленный при помощи технологий трехмерной печати

McAlpine and his colleagues at Princeton University, however, have gone far beyond two-toned action figures. They mixed and matched five different materials into the first fully 3-D printed LED lights. Although other teams previously claimed the honor, McAlpine says those weren’t the real thing. “They print a breadboard of electronics, then plug regular LEDs into it.”
More specifically, the LEDs (or light-emitting diodes) that the Princeton team created are called quantum dot LEDs. They’re a lot like the LEDs that are built into television and cellphone screens, but there’s some hope that QD LEDs could be more energy efficient.

To make the LEDs from scratch, the researchers had to build a custom 3-D printer. They spent about six months and between $10,000 and $20,000 assembling the printer.

The printed LEDs have five layers. On the bottom, a metal ring made of silver nanoparticles acts as a metal contact to an electrical circuit. On top of that are two polymer layers (both with really long chemical names) which together supply and shuttle electrical current to the next layer. That contains the quantum dots. The quantum dots are made of cadmium selenide nanoparticles wrapped in a zinc sulfide shell. As the electrons bump into these quantum dots, they emit orange or green light. The light is topped of with a cathode layer made of eutectic gallium indium, through which the electrons flow out of the LED.
In addition to combining metals and polymers, some of the materials were hydrophilic (water-loving) while others were hydrophobic (water-repelling); some were liquids while others were solids. McAlpine says it’s the largest number of distinct material classes that have been 3-D printed into one object.

The printed LEDs performed on par with the kinds of LEDs that are used in iPhone screens, though they didn’t come close to beating the really fancy LEDs that are out there. But by controlling thickness and uniformity of the quantum dots, and by experimenting with different ink formulations, the performance of the printed LEDs could get better. Perhaps one day, if 3-D printers get cheaper, people could incorporate something like this into homemade TVs and iPhones.
But McAlpine imagines more exciting possibilities. “The conventional microelectronics industry is really good at making 2-D electronic gadgets,” he says. “With TVs and phones, the screen is flat. But what 3-D printing gives you is a third dimension, and that could be used for things that people haven’t imagined yet, like 3-D structures that could be used in the body.”

Up next, McAlpine’s team (who made a 3-D printed bionic ear last year, by the way), wants to try printing transistors, so that their 3-D printed gadgets could have the kind of functionality you might find in a computer chip.

Source: http://www.popsci.com/article/technology/first-fully-3-d-printed-leds-are-here[:]

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *