Сопло научилось рисовать датчики на стенках глубокой полости
Длинная трубка, внутренняя ячейка решётки или полость в корпусе почти всегда заставляют инженера вернуться к знакомому компромиссу: датчик придётся приклеить снаружи, завести внутрь отдельную плату либо предусмотреть доступный монтажный проём. Группа из Nature Communications предлагает зайти в полость струёй функциональных чернил и нарисовать дорожку прямо там, где возникает нагрузка.
Замысел авторы связывают с китайской техникой росписи внутренней стороны табакерок. Человек работает изогнутой кистью через узкое горлышко; здесь ту же геометрию получила печатающая головка. Метод назван DISP, directional inner-surface printing. Он вырос из aerosol-jet printing: аэрозоль с частицами материала увлекается газом-носителем, а поток азота вокруг него сжимает струю. Сопло, напечатанное стереолитографией, делает поворот и направляет сфокусированный поток на внутреннюю поверхность, сохраняя управляемый рабочий зазор.
В статье показан минимальный размер элемента 11.58 ± 0.67 мкм. Для тонкой электрически измеренной линии шириной 12.12 мкм и высотой 1.13 мкм авторы получили сопротивление 57.729 Ом на длине 5 мм; четырёхзондовое измерение даёт удельное сопротивление 8.775 × 10⁻⁸ Ом·м. Это уже не декоративная надпись чернилами, хотя такие дорожки пока нельзя автоматически считать заменой медной фольги для любой нагрузки и частоты.
Поворот струи даёт доступ к геометрии ценой качества осаждения. В моделировании и экспериментах с увеличением угла изгиба сопла растёт пористость линии: от 7.74% у прямого сопла до 16.54% у 90-градусного. Значит, у технологии есть вполне материальный баланс между тем, насколько глубоко нужно дотянуться, и проводимостью получившегося следа. Supplementary material описывает демонстрационную полость длиной 200 мм и внутренним диаметром 20 мм. Abstract говорит о полостях с большим aspect ratio, но эти раскрытые размеры дают отношение ровно 10.
Самая убедительная часть работы — гибкая PDMS honeycomb-структура. Внутри её ячеек напечатали массив датчиков деформации 4×4, затем циклически сжимали образец на испытательной машине и снимали сигналы 16 каналов. Сенсор оказался не отдельным предметом, спрятанным в механике: он вырос на несущей внутренней стенке.
Отсюда сразу появляются конструкции с электродами в каналах, нагревателями на внутренних рёбрах, катушками в ячейках решётки и проводниками на недоступной стороне оболочки. Для RF это пока проектный соблазн, а не доказанная характеристика: авторы измерили DC-сопротивление и работу механических датчиков, но не потери на частоте, шероховатость, адгезию при долгой деформации и температурную стабильность. Однако сама смена точки зрения уже произошла. У детали сложной формы больше нет обязанности сначала стать плоской платой, чтобы получить электронику.