3D打印的无半导体逻辑门很快就能为廉价电子设备开辟道路

半导体是当今电子产品的关键，它提供了计算能力和控制电信号的能力。 但制造它们也通常非常复杂和昂贵，因此研究人员提出了一种廉价的”无半导体”方式来实现电子民主化。

麻省理工学院的一个科学家团队在尝试使用挤出打印技术制造磁线圈时有了惊人的发现。 该工艺将长丝熔化，然后从喷嘴中喷射出所产生的材料，逐层打印出三维形状。 挤压是一种已知的三维打印方法，工程师可利用这种方法生成无需任何半导体元件就能控制电力的逻辑门。

研究人员称，他们的方法适用于打印可复位保险丝，这是有源电子元件的基本要素。 研究小组利用标准、经济的 3D 打印机和掺有纳米铜粒子的廉价、可生物降解的聚合物材料制造了这些设备。 他们发现，如果有大量电流通过这种材料，打印出来的逻辑门会出现电阻峰值，然后在电流中断后恢复原状。

在他们的研究中，麻省理工学院工程师豪尔赫-卡纳达（Jorge Cañada）和首席研究科学家路易斯-费尔南多-贝拉斯克斯-加西亚（Luis Fernando Velásquez-García）利用了这种类似半导体的能力来打印开关。 虽然与硅基晶体管相比，这些聚合物开关不具备计算能力，但它们在机械功能方面表现出色，例如打开和关闭电机。

横截面不同的 3D 打印导电迹线在高电流下的行为示例。 由多个几何形状串联而成的 3D 打印电路的光学图像（左），以及电路在施加 10 mA（中间）和 50 mA（右）电流时的热图像。

“这项技术具有真正的优势。 虽然我们无法与硅半导体竞争，但我们的想法不一定要取代现有技术，而是要将 3D 打印技术推向未知领域。 一言以蔽之，这其实就是技术民主化。 这可以让任何人在远离传统制造中心的地方创造智能硬件，”Velásquez-García 告诉《麻省理工新闻》。

打印出来的逻辑门即使经过数千次开关循环也是可靠的。 Velásquez-García 解释说，制造商可以在廉价设备中使用这种方法，而不需要市场上”最好的”基于晶体管的芯片。

“说到底，你关心的只是你的设备能否完成任务，”他说。”这项技术能够满足这样的限制。”

麻省理工学院团队试图将新发现的 3D 打印方法描绘成解决半导体制造可获得性问题的潜在方案。 在 COVID-19 大流行期间，有源电子元件变得非常抢手，造成了严重的全球影响和价格飙升。

利用适当的材料”配方”轻松打印逻辑门可以为实验室、公司甚至私人家庭的电子制造提供另一条道路，而无需屈从于经济投机或制造垄断。 不过，该团队仍在努力开发其技术的改进版本。 他们最终希望将这项技术发展到足以打印出具有更复杂电路和更高性能的完整电子器件。