Obwody nanorurek

Nowe badania sugerują, że sieci jednościennych nanorurek węglowych nadrukowanych na giętkim plastiku dobrze sprawdzają się jako półprzewodniki w układach scalonych. Badacze z Uniwersytet illinois w Urbana-Champaign (UIUC) i Uniwersytet Purdue , którego praca pojawi się w tym tygodniu w Natura twierdzą, że te sieci nanorurek mogą zastąpić półprzewodniki organiczne w zastosowaniach takich jak elastyczne wyświetlacze.

Szybko i elastycznie: Układ scalony na cienkiej płycie z tworzywa sztucznego zawiera tranzystory wykonane z jednościennych sieci nanorurek węglowych. Sieci węglowe rywalizują z wydajnością monokrystalicznego krzemu, ale można je łatwo wydrukować na plastiku z roztworu i mają dobre właściwości mechaniczne, które są przydatne w elastycznej elektronice.

Rozwój elastycznej elektroniki skoncentrował się ostatnio na cząsteczkach organicznych, ponieważ w przeciwieństwie do krzemu są one kompatybilne z podatnymi na zginanie podłożami z tworzyw sztucznych. Elastyczna elektronika ma potencjał w takich zastosowaniach, jak elektroniczne gazety o niskim poborze mocy lub palmtopy, które zwijają się do rozmiaru i kształtu długopisu. Problem z istniejącymi urządzeniami organiczno-elektronicznymi polega jednak na tym, że nie są one dobrze opracowane pod kątem długoterminowej niezawodności i działają znacznie gorzej niż krzem, mówi John A. Rogers, profesor inżynierii na UIUC i współautor Natura papier.

Z drugiej strony sieci węglowo-nanorurkowe łączą wydajność krzemu z elastycznością folii organicznych na plastiku. Rogers twierdzi, że szybkość urządzenia z nanorurek wypada korzystnie w porównaniu z szybkością stosowanych w handlu monokrystalicznych obwodów krzemowych. Tranzystory mogą również przełączać się między stanami włączenia i wyłączenia w zakresie kilku kiloherców, co jest podobne do zakresu stosowanego w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych i czujnikach identyfikacji radiowej (RFID). Jednak współczynnik włączania i wyłączania nanorurek węglowych jest wciąż o kilka rzędów wielkości niższy niż w przypadku tranzystorów krzemowych.

Naukowcy stworzyli sieci, umieszczając nanorurki na plastiku standardowymi metodami drukowania, co może prowadzić do taniej produkcji na dużą skalę. A obwody drukowane mogą zginać się do promienia około pięciu milimetrów bez pogorszenia wydajności elektrycznej urządzenia. Ta metoda jest dobra w przypadku elastycznej elektroniki, która musi być drukowana na dużym obszarze, mówi Ali Javey , adiunkt elektrotechniki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Korzystając z techniki zwanej drukiem transferowym, naukowcy umieścili losowo ustawione nanorurki węglowe na arkuszu plastiku o grubości 50 mikrometrów, a następnie umieścili na podłożu złote elektrody i inne elementy obwodów. Ponieważ około jedna trzecia nanorurek w każdej sieci jest metaliczna, co może powodować zwarcie tranzystorów, naukowcy następnie wytrawili wąskie równoległe linie w sieci za pomocą miękkiej litografii. Poprzez cięcie nanorurek mogą skutecznie wyeliminować możliwość czysto metalicznego połączenia dwóch elektrod przy zachowaniu wydajności urządzenia.

Zanim sieci nanorurek będą gotowe dla rzeczywistych produktów, wciąż pozostaje kilka wyzwań. Urządzenia muszą być wykonane, w których wydajność z urządzenia na urządzenie nie różni się; miliardy pojedynczych nanorurek muszą być wykonane z wysoką czystością i odpowiednimi wymiarami, aby zapewnić optymalną wydajność. Proces drukowania również wymaga rozwoju, mówi George Gruner , profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Gruner sugeruje, że nanorurki można rozpuścić w tuszu, a następnie wydrukować na plastiku. Te urządzenia muszą być tanie i jednorazowe, zwłaszcza w przypadku urządzeń takich jak tagi RFID w opakowaniach żywności – dodaje.

Bezpośrednimi celami grupy Rogersa są działania na rzecz zmniejszenia mocy i większej prędkości w urządzeniach. Chcemy przesuwać granice, aby zobaczyć, jak daleko możemy się posunąć, mówi.

ukryć