Fleksibel nanotrådselektronik, der kan fastgøres til ethvert materiale udviklet hos Stanford

Stanford-forskere har udviklet en ny metode til at fastgøre nanotrådselektronik til overfladen af ​​stort set ethvert objekt, uanset dens form eller hvilket materiale den er lavet af. Metoden kunne bruges til at lave alt fra bærbar elektronik og fleksible computerskærme til højeffektive solceller og ultrafølsomme biosensorer.

Nanowire-elektronik er lovende byggesten til stort set alle digitale elektroniske enheder, der bruges i dag, herunder computere, kameraer og mobiltelefoner. Det elektroniske kredsløb er typisk fremstillet på en siliciumchip. Kredsløbet klæber til overfladen af ​​chippen under fremstilling og er ekstremt vanskeligt at afmontere, så når kredsløbet er indbygget i en elektronisk enhed, den forbliver fastgjort til chippen. Men siliciumspåner er stive og sprøde, begrænsning af mulige anvendelser af bærbar og fleksibel nanotrådselektronik.

Nøglen til den nye metode er at belægge overfladen af ​​siliciumwaferen med et tyndt lag nikkel, før det elektroniske kredsløb fremstilles. Nikkel og silicium er begge hydrofile, eller "vandelskende, "hvilket betyder, når de udsættes for vand efter fremstillingen af ​​nanotrådenheder er færdig, vandet trænger let ind mellem de to materialer, løsne nikkelen og den overliggende elektronik fra siliciumwaferen.

"Løsningsprocessen kan udføres ved stuetemperatur i vand og tager kun et par sekunder, " sagde Xiaolin Zheng, en adjunkt i maskinteknik, der ledede forskningsgruppen, der udviklede processen. "Overførselsprocessen er næsten 100 procent vellykket, hvilket betyder, at enhederne kan overføres uden at lide skade."

Efter løsrivelse, siliciumskiverne er rene og klar til genbrug, hvilket burde reducere produktionsomkostningerne betydeligt.

Zheng er en af ​​forfatterne til et papir, der beskriver metoden, som vil blive offentliggjort i et kommende nummer af Nano bogstaver . Bladet er tilgængeligt online nu. Chi Hwan Lee og Dong Rip Kim, begge kandidatstuderende i Zhengs laboratorium, er medforfattere.

Efter påføring af nikkellaget på siliciumchippen, forskerne lagde også et ultratyndt lag af en polymer til at fungere som en isolator og give mekanisk støtte til elektronikken.

Det ultratynde polymerlag er også ekstremt fleksibelt, hvilket er det, der gør det muligt for Zheng og hendes team at fastgøre deres nanotrådselektronik til en bred vifte af former og materialer, herunder papir, tekstiler, plastik, glas, sølvpapir, latexhandsker – selv en sammenkrøllet cola-dåse og en moset plastikvandflaske.

"De polymerlag, vi bruger, er omkring 15 gange tyndere end den plastikfolie, du bruger til at dække en tallerken mad, " sagde Zheng.  "Da polymeren har så stor en grad af fleksibilitet, du kan pakke polymeren med nanotrådsanordninger ovenpå hvad som helst, mens du følger formen på en hvilken som helst genstand."

I øjeblikket har hendes team arbejdet med polymerlag, der er omkring 800 nanometer tykke. En nanometer er en milliontedel af en millimeter.

Men hvad gør enhederne så fleksible, hvad gør det muligt for enhederne at bøje med det fleksible underlag, er den korte længde af de nanotråde, der bruges til at fremstille kredsløbet.

"Længden af ​​disse nanotråde er kun et par tusindedele af en millimeter lang, " sagde Zheng. "Sammenlignet med krumningen af ​​de genstande, vi fastgør dem til, det er virkelig kort, så der er meget lidt belastning af nanotrådene."

Fordi nanotrådene er så korte, når de placeres på en snoet overflade – selv de skarpe bøjninger af en moset plastikvandflaske – er det, som om overfladen er praktisk talt flad.

Enhederne kan også nemt påføres en overflade, fjernes og påføres igen på en anden overflade, gentagne gange, uden at forringe kredsløbet.

Nogle af de vigtigste anvendelser af processen, som Zheng forudser, vil være inden for biologisk forskning. Nanowire-enheder kunne fastgøres direkte til hjerte- eller hjernevæv for at måle de elektriske signaler fra disse væv.

"Forskere kunne måle hjertearytmier eller hvordan en neuron affyrer, " sagde hun.  "De signaler er elektriske, men for at måle dem har du brug for en meget passende, meget tynd belægning, der tillader signalerne at forplante sig på tværs af substratet."

Overførselsprocessen kan også bruges til at udvikle højeffektive fleksible solceller og vil sandsynligvis have anvendelse i robotteknologi, såvel.

"Mulighederne er virkelig ubegrænsede, " sagde Zheng.