Plastprodukter kunne nemt blive elektroniske med de første formbare kredsløb i kulstof

(Phys.org) —Der har været en hel del forskning på det seneste om fleksibel elektronik, men indtil videre bruger disse enheder (som for det meste er lavet af kulstof) stadig metalelektroder og oxidisolatorer, og disse stive materialer begrænser enhedens fleksibilitet. Nogle polymerer og ioniske væsker er blevet introduceret som fleksible alternativer, men har dårlig ydeevne i form af høje driftsspændinger og lave driftshastigheder, henholdsvis.

I en ny undersøgelse, forskere har for første gang udviklet integrerede kredsløb, der udelukkende består af fleksible kulstofbaserede materialer, og kan støbes til forskellige former ved hjælp af de samme støbeteknikker, der bruges til at forme plastprodukter. Udviklingen kunne gøre det muligt for elektroniske kredsløb nemt at blive integreret i en række plastprodukter, inklusive alt fra medicinsk udstyr til plastikprodukter rundt omkring i hjemmet.

"Plastiketui til smartphones og tablets, som kun beskytter de elektroniske enheder indeni, vil have elektroniske funktioner såsom displays, berøringssensorer, og så videre, gør smartphones mere funktionelle og moderigtige, " fortalte Yutaka Ohno fra Nagoya University i Japan og Aalto University i Finland Phys.org . "Ved at integrere andre funktioner såsom skærme og sensorer i plastikenheder, vi overvejer at udvikle interaktive 3D-informationskommunikationsenheder, som kan bruges i medicinske omgivelser, for eksempel."

Åh nej, sammen med Dong-Ming Sun fra Nagoya University og deres medforfattere, har udgivet et papir om de støbbare carbon-integrerede kredsløb i et nyligt nummer af Naturkommunikation .

"Nøglepunktet i vores design er, at carbon-enhederne er lavet af carbonnanorør og polymerer, og de udviser bedre fleksibilitet og strækbarhed sammenlignet med enheder fremstillet af stive metaller og oxidisolatorer, gør enhederne meget mere fleksible og elastiske, " sagde Sun. "Resultaterne af denne undersøgelse gør det muligt at opnå en sammensmeltning af elektroniske enheder med plastprodukter, som kan føre til skabelsen af ​​elektroniske plastenheder, der har både designbarhed og funktionalitet."

De nye kredsløb er sammensat af forskellige typer kulstofmaterialer, med de aktive kanaler og passive elementer bestående af kulstof nanorør, og de dielektriske lag og substrater bestående af plastpolymererne polymethylmethacrylat (PMMA) og polyethylennaphthalat (PEN), henholdsvis.

I modsætning til de polymerer og ioniske væsker, der tidligere er blevet prøvet som materialer til fleksible dielektriske stoffer, den PMMA, som forskerne brugte her, kan sætte transistorer og integrerede kredsløb i stand til at fungere ved lave spændinger og høje hastigheder. Den lave driftsspænding kan til dels forklares med den sparsomme, netværkslignende carbon nanorør tynd film, der bruges som kanaler, hvilket forbedrer koblingen mellem kanalen og portelektroden sammenlignet med at bruge tykke polymerer som kanalerne.

Tidligere, forskerne har med succes fremstillet en tyndfilmstransistor med en mobilitet på mere end 600 cm ² V ^-1 s ^-1 ved at udvikle en teknologi til at danne en lang, dog ren, kulstof nanorør film på plastik. I den nye undersøgelse, forskerne gjorde yderligere fremskridt med optimeringen af ​​den filmdannende teknologi, opnå en mobilitet på 1, 027 cm ² V ^-1 s ^-1 . Denne mobilitet er højere end for en MOSFET, som bruger monokrystallinsk silicium, og forskerne beskriver det som en forbløffende værdi for en tyndfilmstransistor fremstillet på et plastiksubstrat.

Fordi disse enheder udelukkende er lavet af kulstof nanorør og polymerer, de udviser bedre fleksibilitet og strækbarhed sammenlignet med enheder fremstillet af stive metaller og oxidisolatorer. Måske den mest nyttige egenskab ved carbon-kredsløbene er deres formbarhed, hvilket forskerne demonstrerede ved at opvarme og blæse et plant substrat for at danne en kuppelformet struktur. 3D-kuplen strækkes under denne støbeproces uden at revne, i skarp kontrast til stive materialer som metaller. Den ekstreme strækbarhed af både de passive og aktive elementer af enhederne kan tillade dem at blive dannet ved hjælp af de samme støbeteknikker, der bruges i dag til at forme plastprodukter.

For at opskalere enhederne, forskerne bemærker, at det vil være vigtigt at dyrke kulstofnanorør med ensartet længde og diameter for at minimere strømvariation. Eliminering af metalliske nanorør kan også tilbyde yderligere ydeevneforbedringer. De håber også at bruge andre fremstillingsmetoder end de litografiske metoder, de brugte her.

"Det er ønskeligt at danne kulstof nanorør kanaler og ledninger ved atmosfærisk tryk og lav temperatur ved hjælp af high-throughput printteknikker frem for nuværende litografiske teknikker, " sagde Sun.

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.