纳米级3D电子打印技术成物联网发展的关键

    所谓物联网（IOT），本质上是具有唯一标识的嵌入式计算设备，在现有的互联网框架内的互相连接。物联网能够将各种设备、系统和服务以一种更为先进的方式连接起来，使自动化遍及每一个领域。一些专家预计，到2020年，将有260亿美元的设备在物联网上。

近日，比利时纳米技术研究中心（IMEC）的研究人员使用喷墨打印技术制作了一块晶体管逻辑电路板，这块电路板上包含了惊人的3400个电路。而且这块电路板的大小只有2×2厘米，运行速度达6赫兹。

    他们称这样的塑料电路为“指数式技术（exponential technology，意为快速发展的技术）”。Janusz Bryzek博士相信晶体管印刷工艺总有一天会被用在3D打印机上打印出适应如今芯片功率的电路。Bryzek博士曾经发起了“兆级传感器（Trillion Sensor）运动”，并共同创立了9家互相独立的MEMS技术公司。

Janusz Bryzek博士

    Bryzek补充说，一旦3D打印开始大规模应用之后，传统的半导体公司将会经历剧烈的动荡。

2014年4月份，IBM苏黎世实验室的研究人员使用原子力显微镜在有机材料上创造出了纳米尺度的3D图案，而且，他们用这种带有纳米3D图案的有机材料作为“掩模”来创建电路。

    技术专家预期未来基于塑料的印刷电子的尺寸将会以指数般的速率飞快减小，并认为十年之内，塑料电路的性能水平将等同于今天的硅电路。而最关键的是塑料电子电路的成本较之硅电路要少得多。

    科学家们还找到了在3D打印对象的同时在其内部打印一个独特标签的方法——InfraStructs。该方法采用了太赫兹成像，也就是远红外线成像，即利用一种波长在微波和红外线之间的电磁波进行成像。这种电磁波的穿透力很强，可以穿透纸张、纺织品、塑料，而且对活组织没有损害。卡内基—梅隆大学和微软研究院的研究人员已经使用3D打印InfraStruct标签来识别物体和并用太赫兹成像技术来解码其中的信息。

3D打印InfraStructs标签

    使用3D打印技术的制造工艺不要求真空或特别高的温度，而且它们对于用来打印的液体和材料也没那么挑剔。 

    “塑料电路的单位成本最终可能达到相当于硅元件的千分之一。”Bryzek博士说。

    他补充说，塑料打印晶体管将成为制造可穿戴电子产品和实现基于物联网的创新的关键。一个3D打印的纳米物体可以作为印刷电路的模具，而如果使用石墨烯材料的话可以直接作为电路。

    考虑到当前常用于制造半导体的电子束光刻设备每台的价格在150万美元到3000万美元之间，而能够在纳米尺度上3D打印电子电路的系统可低至50万美元，物联网的未来变得日益清晰。