211service.com
Nanobuis-circuits
Nieuw onderzoek suggereert dat netwerken van enkelwandige koolstofnanobuisjes die op buigbaar plastic zijn gedrukt, goed presteren als halfgeleiders in geïntegreerde schakelingen. Onderzoekers uit de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign (UIUC) en Purdue universiteit , wiens werk deze week verschijnt in Natuur , zeggen dat deze nanobuisnetwerken organische halfgeleiders zouden kunnen vervangen in toepassingen zoals flexibele beeldschermen.
Snel en flexibel: Een geïntegreerde schakeling op een dunne plastic plaat bevat transistors die zijn gemaakt van enkelwandige koolstof-nanobuisnetwerken. De op koolstof gebaseerde netwerken wedijveren met de prestaties van monokristallijn silicium, maar ze kunnen gemakkelijk vanuit de oplossing op het plastic worden geprint en hebben goede mechanische eigenschappen die nuttig zijn voor flexibele elektronica.
De ontwikkeling van flexibele elektronica heeft zich recentelijk gericht op organische moleculen omdat ze, in tegenstelling tot silicium, compatibel zijn met buigbare kunststofsubstraten. Flexibele elektronica heeft potentieel in toepassingen zoals elektronische kranten met een laag vermogen of PDA's die oprollen tot het formaat en de vorm van een pen. Het probleem met bestaande organisch-elektronische apparaten is echter dat ze niet goed ontwikkeld zijn voor betrouwbaarheid op lange termijn, en dat ze veel slechter presteren dan silicium, zegt John A. Rogers, een technische professor aan UIUC en co-auteur van de Natuur papier.
Aan de andere kant combineren koolstof-nanobuis-netwerken de prestaties van silicium met de flexibiliteit van organische films op plastic. Rogers zegt dat de snelheid van het nanobuis-apparaat gunstig afsteekt bij de snelheid van commercieel gebruikte enkelkristal-siliciumcircuits. De transistors kunnen ook schakelen tussen aan- en uitstanden in het bereik van enkele kilohertz, wat vergelijkbaar is met het bereik van die welke worden gebruikt voor lcd-schermen en radiofrequentie-identificatie (RFID)-sensoren. De aan-uitstroomverhouding voor koolstofnanobuisjes is echter nog steeds enkele ordes van grootte lager dan die voor siliciumtransistors.
De onderzoekers maakten de netwerken door nanobuisjes op plastic te deponeren met standaard printmethoden, wat zou kunnen leiden tot goedkope, grootschalige fabricage. En de gedrukte schakelingen kunnen buigen tot een straal van ongeveer vijf millimeter zonder afbreuk te doen aan de elektrische prestaties van het apparaat. Deze methode is goed voor flexibele elektronica die over een groot gebied moet worden geprint, zegt Ali Javey , een assistent-professor elektrotechniek aan de University of California, Berkeley.
Met behulp van een techniek genaamd transfer printing, deponeerden de onderzoekers willekeurig uitgelijnde koolstofnanobuisjes op een 50 micrometer dikke laag plastic, en vervolgens patroonden ze gouden elektroden en andere circuitcomponenten op het substraat. Omdat ongeveer een derde van de nanobuisjes in elk netwerk van metaal is, wat de transistors kan kortsluiten, etsten de onderzoekers vervolgens smalle parallelle lijnen door het netwerk met zachte lithografie. Door de nanobuisjes te snijden, kunnen ze effectief de mogelijkheid elimineren van een puur metalen pad dat twee elektroden verbindt, terwijl de prestaties van het apparaat behouden blijven.
Er zijn nog verschillende uitdagingen voordat de nanobuisjesnetwerken klaar zijn voor daadwerkelijke producten. Er moeten apparaten worden gemaakt waarbij de prestaties van apparaat tot apparaat niet verschillen; miljarden individuele nanobuisjes moeten worden gemaakt met een hoge zuiverheid en de juiste afmetingen voor optimale prestaties. Het printproces heeft ook ontwikkeling nodig, zegt George Gruner , een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Gruner suggereert dat nanobuisjes in inkt kunnen worden opgelost en vervolgens op plastic kunnen worden afgedrukt. Deze apparaten moeten goedkoop en wegwerpbaar zijn, vooral voor apparaten zoals RFID-tags in voedselverpakkingen, voegt hij eraan toe.
De directe doelen van de groep van Rogers zijn om te werken aan een lager vermogen en hogere snelheid in de apparaten. We willen de grenzen verleggen om te zien hoe ver we kunnen gaan, zegt hij.