Flexibel och sträckbar elektronik möjliggjord av avancerade silikonmaterial

Rollen av flytande silikon (LSR) inom flexibla kretsar

Flytande silikonkummi eller LSR används nu alltmer inom flexibla kretsar eftersom det sträcker ut sig mycket bra (cirka 500 % töjningsåterhämtning) och förblir stabilt även när temperaturen varierar från minus 50 grader Celsius upp till 200 grader. Vad som gör detta material så speciellt är dess låga viskositet, vilket gör att tillverkare kan formas till de små kretsmönster som behövs för saker som kopplingar i vikbara skärmar och de böjliga delarna vi ser i moderna smartphones. En ny publicerad studie från förra året i Advanced Materials Engineering visade också något intressant. Dessa kretsar gjorda med LSR ändrade sin elektriska resistans med mindre än 5 % efter att ha böjts över 100 000 gånger. En sådan prestanda innebär att de kan hålla betydligt längre utan att gå sönder jämfört med andra material som finns tillgängliga idag.

Framsteg inom sträckbara ledande spår inbäddade i silikon

Nya hybridledande material, som silverflakes dopade silikoner, kan nu uppnå ledningsförmåga på cirka 3500 S/cm och sträckas till tre gånger sin ursprungliga längd innan de brister. Dessa särskilda ledande banor är det som gör möjligt att tillverka klibbiga hudsensorer som spårar muskelrörelser när någon tränar, samtidigt som starka signaler bibehålls även vid intensiv rörelse. De senaste laseravlagringsmetoderna gör att forskare kan skapa ledande linjer endast 15 mikrometer breda inuti silikonbaser. Det är ganska imponerande med tanke på att detta representerar en minskning på ungefär 60 procent av strukturstorlek jämfört med vad som var möjligt tillbaka år 2021. Så pass små strukturer öppnar dörren för mycket bättre upplösning i hur vi integrerar dessa sensorer på ytor.

Fallstudie: Silikonbaserade hudliknande sensorer för hälsoövervakning

En ny studie undersökte 200 personer som lider av långvariga andningsproblem och fann något intressant angående de extra tunna silikonsensorerna som är endast 0,8 mm tjocka. De visade sig faktiskt vara rätt fantastiska för att spåra andning hela dagen varje dag, med en imponerande noggrannhet på 98,3 %. Det är långt bättre än de traditionella stela elektroderna som bara uppnådde cirka 75 %. Enligt förra årets stora rapport om bärbart hälsovanliggande teknik är det just den egenskapen att gaser kan passera genom materialet som gör att dessa nya sensorer fungerar så bra. Denna funktion förhindrar hudproblem när någon bär dem i sju hela dagar i sträck. Det är därför läkare blir allt mer entusiastiska över denna teknik för patienter som behöver kontinuerlig vård men inte alltid kan komma till kliniken.

Trend mot självhelande silikontillsammansättningar inom bärbare elektronik

Silikonmaterial som kan reparera sig själva tack vare dynamiska disulfidbindningar är riktigt imponerande. De kan faktiskt läka upp till 2 mm stora snitt helt på egen hand inom ungefär 40 minuter vid normal rumstemperatur, vilket gör dem mycket användbara för saker som smartklockband och delar i AR/VR-hjälm. Siffrorna visar också en tydlig trend. Företag som tillverkar produkter med detta självläkande material ser ungefär hälften så många garantifall som tidigare innan de bytte från vanlig silikon. Det är en enorm skillnad när det gäller både produktens livslängd och långsiktiga kostnader för företagen, särskilt med tanke på hur ofta människor använder sina elektroniska enheter idag.

Utmaningar att bibehålla elektrisk integritet under mekanisk deformation

De mest sträckbara silikongmaterialen förlorar fortfarande över 20 % av sin ledningsförmåga när de sträcks mer än cirka 250 %, trots alla de nya avancerade formuleringarna som finns. Forskare publicerade förra året något intressant i Nature Electronics där man påpekade att dessa ledningsproblem främst orsakas av mikroskopiska sprickor som bildas i de ledande partiklarna inuti materialet. Några riktigt intressanta nya tillvägagångssätt dyker dock upp, där man använder de fraktalmönster vi ser i naturen för att designa banor som sprider belastning bättre över materialytan. Dessa konstruktioner kan minska koncentrationspunkter för töjning med cirka 70 %. Baksidan? Tillverkning i stor skala blir väldigt komplicerad på grund av hur invecklade dessa mönster måste vara. Många företag brottas just nu med detta när de försöker gå från labbprov till faktisk produktion.

Genombrott inom termisk hantering med funktionella silikongmaterial

Silikonfett med hög värmeledningsförmåga (3 W/m·K) för kraftelektronik

Effektelektronik idag hanterar otroligt höga värmenivåer som kan överstiga 300 watt per kvadratcentimeter, vilket innebär att vi behöver mycket bra termiska gränssnittsmaterial för att klara detta. De senaste silikongrejserna på marknaden uppnår termisk ledningsförmåga på cirka eller över 3 W per meter Kelvin tack vare bättre formuleringar med boronnitrid- och alumina-fyllnader. Dessa nya material överför värme ungefär fyra gånger bättre än de gamla zinkoxid-förbindningarna gjorde förr i tiden. Laboratorier ledda av framstående forskare har testat dessa grejser och funnit att de minskar hotta punkters temperatur med mellan 18 till kanske till och med 22 grader Celsius i dessa IGBT-moduler. Denna typ av förbättring översätter sig faktiskt till ungefär trettio procent längre livslängd när det gäller effektcykling för dessa komponenter.

Silikonavståndsfyllnader i värmeavledningssystem för 5G-basstationer

Millimetervågsarrayerna som används inom 5G-teknik skapar ganska intensiva värmeväxter, ibland upp till cirka 150 watt per kvadratcentimeter. Det innebär att vi behöver särskilda gap-fillers som faktiskt kan anpassa sig till de små ytegenskaperna med mindre än 50 mikrometer mellanrum. Dessa faskiftande silikomaterial fungerar mycket bra eftersom de bibehåller ett tillräckligt tryckkontakt på över 15 pund per kvadrattum även när temperaturerna varierar kraftigt mellan minus 40 grader Celsius och plus 125 grader. De hanterar dessa justeringsproblem som är så vanliga i stora MIMO-antennkonfigurationer. Undersökningar av faktiska fälttester i stadsmiljöer visar också något intressant. Den termiska resistansen från komponentens anslutning till omgivande luft sjunker med ungefär en fjärdedel när dessa material används istället för vanliga grafitskivor. Det gör en stor skillnad för hur länge systemen håller innan underhåll eller utbyggnad krävs.

Analyse av kontroversen: Silikon jämfört med grafenbaserade termiska gränssnittsmaterial

Grafenförbättrade TIM-material kan teoretiskt erbjuda värmeledningsförmåga upp till 1500 W/mK, men praktiska tillämpningar stöter på utmaningar från gränsytans kontaktmotstånd och oxidation vid exponering för fuktiga förhållanden med mer än 80 % relativ luftfuktighet. Forskning publicerad i Advanced Materials förra året visade att silikongummikompositer behöll cirka 92 % av sin ursprungliga termiska effektivitet även efter 5000 cykler med fukt- och fryshållfasthetstester. Det är imponerande jämfört med grafenalternativ, som endast bibehöll ungefär 67 % effektivitet under liknande förhållanden. Och när man dessutom tar hänsyn till de naturliga elektriska isoleregenskaper som dessa material besitter (med CTI-värden över 600 volt), blir det tydligt varför många ingenjörer föredrar silikon i kritiska elektroniksystem, trots att det inte når de högsta ledningsförmågevärdena på papperet.

Optikgradssilikon i nästa generations skärm- och belysningsteknologier

Silikon med hög ljusgenomsläpplighet för miniled-belysning

Silikonmaterial med god optisk klarhet och cirka 92 % synligt ljusgenomsläpp har blivit en oumbärlig komponent i miniled-belysning idag. De gör det möjligt för tillverkare att skapa displaypaneler som inte bara är tunnare utan också levererar mycket bättre ljusstyrka över hela skärmens yta. Vad som skiljer dessa material är deras förmåga att minska ljusströning utan att kompromissa med strukturell hållfasthet när temperaturen stiger under drift. Enligt ny forskning från studien Mini LED Packaging 2023 visar UV-stabila varianter också minimal färgnedbrytning, med mindre än 2 % gulning även efter 1 000 timmar under accelererade åldringstester. Denna prestanda gör dem till idealiska val för applikationer där exponering för solljus är vanlig, till exempel i bilars underhållningssystem eller de fina vikbara telefoner som folk viker och vecklar hela tiden.

Justerbar brytningsindex i optiskt silikon förbättrar skärmeffektivitet

Silikonmaterial utformade med justerbara brytningsindex i intervallet 1,41 till 1,53 bidrar till att minska de irriterande Fresnel-reflektionerna som uppstår där material möts. Resultatet? Tillverkare ser en ökning med cirka 18 % i mängden utvunnen ljus från mikro-LED-arrayer jämfört med vanliga inkapslingsmaterial på marknaden idag. När brytningsindex för dessa halvledarskikt stämmer väl överens med det optiska silikonet får företag bättre ljusutgång samtidigt som produkterna bibehåller termisk stabilitet och tillräcklig fysisk flexibilitet för praktisk användning.

Industrins paradox: Balansera klarhet och hållbarhet i transparenta silikonmaterial

Även om laboratoriegradiga silikoner kan uppnå 94 % ljusgenomsläppning, byter kommersiella versioner ofta klarhet mot hållbarhet – skråbekämpande fyllnader minskar vanligtvis transparensen med 6–8 %. Nya nanoskala ytbekämpningar bevarar nu >90 % genomsläppning samtidigt som slitstyrkan fördubblas, en avgörande framsteg för AR/VR-linser och utomhus digital skyltning utsatt för miljöpåverkan.

Smart integration och IoT-kompatibilitet i silikonaccessoarer för elektronik

Silikons flexibilitet gör det möjligt att integrera alla typer av rörliga delar direkt i böjbara strukturer. Temperatursensorer inbyggda i dessa material behåller sin noggrannhet inom ett halvt grad Celsius även efter att de har böjts femtio gånger. Under tiden har tidiga versioner av fitnessspårare som använder rörelsedetektering uppnått närmast perfekta igenkänningshastigheter på 98 %. Denna typ av prestanda håller väl när saker hela tiden rör sig. Vad detta betyder för faktiska tillämpningar är ganska enkelt: vi kan nu samla in data av hög kvalitet från elastiska IoT-sensorsystem utan att behöva oroa oss för att de går sönder mekaniskt under normala användningsförhållanden.

Trådlös laddningskompatibilitet har förbättrats genom silikonkapsling, där senaste prototyper uppnått 84 % effektivitet genom 3 mm tjocka höljen. Under 15 W snabbladdningssessioner håller värmen sig under 40 °C, enligt data från Wireless Power Consortium från 2023. Denna termiska stabilitet gör silikon idealisk för smartklockband och medicinska bärbara enheter som kräver frekvent sterilisering.

Marknaden går tydligt framåt med smarta silikonbaserade wearables som ser en tillväxt på cirka 25 % per år eftersom allt fler blir intresserade av sin hälsa. Enligt senaste undersökningar från MarketsandMarkets från 2024 vill nästan två tredjedelar av alla användare att deras träningsgadgets kontinuerligt övervakar vitaltecken. Ledande företag inom området har börjat utveckla enheter som inkluderar biokompatibla SpO2-sensorer tillsammans med hudledningssensorer. Dessa produkter använder silikonmaterial av medicinsk kvalitet som uppfyller kraven i ISO 10993-5, speciellt utformade för långvarig användning mot huden utan att orsaka irritation eller obehag. Kombinationen av avancerad teknik och hudvänliga material gör att dessa bärbara enheter är både effektiva och bekväma att använda dagligen.

Anpassning och tillverkningsutveckling inom silikonelektronikaccessoarer

3D-utskrift av skräddarsydda silikonelektronikaccessoarer

Världen av silikonelektronik har genomgått stora förändringar tack vare additiva tillverkningstekniker som kan skapa kroppsformade delar med en noggrannhet ner till en halv millimeter. Med tvåmaterial-3D-printing kombinerar företag nu hårda kretsområden med de mjuka ytor som patienter faktiskt vill bära intill huden. Detta är särskilt användbart vid tillverkning av bärbara enheter som fungerar inuti MR-maskiner utan att orsaka störningar. Enligt personer inom branschen har prototyputvecklingstider minskat med cirka 87 procent sedan man bytte från traditionella formsprutningsmetoder, vilket bekräftas i förra årets rapport om anpassade silikonapplikationer. Dessutom uppfyller dessa nya produkter fortfarande de viktiga IP67-standarderna för vattentäthet som krävs i sjukhus där det ibland blir ganska fuktigt.

Trender inom massanpassning av konsumentelektronik med LSR-formning

Senaste förbättringarna inom LSR-injektionsformning gör det möjligt att tillverka mycket personanpassade produkter tack vare AI-styrda formar och justeringar i realtid av hur flytande silikon håller sig under bearbetningen. Ta ett stort märke av smartklockor som exempel – de kan producera cirka 150 olika färger med varierande hårdhetsnivåer, från mjuk till medelhård (cirka 50 till 80 på Shore A-skalan), alla inom samma batch. Konsumenter vill att deras enheter ska se unika ut idag, så denna typ av anpassning passar perfekt med vad kunder efterfrågar. Dessutom lyckas tillverkare fortfarande upprätthålla de viktiga brandsäkerhetskraven UL94-V0 för bärbara enheter. Branschrapporter indikerar att denna teknik minskar spill av material med ungefär en tredjedel. Ändå är det fortfarande en utmaning för tillverkare att tillverka komplicerade delar på under 60 sekunder per cykel, trots dessa framsteg.

Frågor som ofta ställs

Vad gör vätskesilikon (LSR) idealiskt för flexibla kretsar?

LSR är idealiskt för flexibla kretsar på grund av dess utmärkta töjbarhet (cirka 500 % töjningsåterhämtning) och termiska stabilitet, vilket bevarar prestanda över temperaturintervall från -50°C till 200°C.

Vilka fördelar har kiseldioxidbaserade hudliknande sensorer för hälsoövervakning?

Kiseldioxidbaserade hudliknande sensorer erbjuder fördelar såsom hög noggrannhet (98,3 % jämfört med 75 % för stela elektroder), andningsförmåga och minskad hudirritation, vilket gör dem lämpliga för långsiktig övervakning.

Varför är värme hantering viktig i kiseldioxidelektronik?

Värme hantering är avgörande eftersom kiseldioxidelektronik ofta utsätts för höga temperaturer; effektiva material för värme hantering, som avancerade kiseldioxidfetter, kan förbättra enhetens livslängd och prestanda.

Hur bidrar kiseldioxid till IoT-kompatibilitet i elektronik?

Silikons flexibilitet möjliggör sömlös integration av komponenter som temperatur- och rörelsesensorer, vilket gör det möjligt att samla in tillförlitliga data i IoT-enheter utan risk för mekaniska fel.

Hur har 3D-utskrift påverkat tillverkningen av silikonelektronik?

3D-utskrift har revolutionerat tillverkningen av silikonelektronik genom att möjliggöra anpassade, kroppsanpassade delar med hög noggrannhet och minska prototyputvecklingstiderna med ungefär 87 %.