Med carbon nanorør, en vej til fleksibel, billige sensorer

Forskere ved Technische Universitaet Muenchen (TUM) viser vej mod lavpris, industriel produktion af en ny familie af elektroniske enheder. Et førende eksempel er en gassensor, der kan integreres i fødevareemballage for at måle friskhed, eller til kompakte trådløse luftkvalitetsmonitorer. Nye typer solceller og fleksible transistorer er også på vej, samt tryk- og temperatursensorer, der kunne indbygges i elektronisk hud til robot- eller bioniske applikationer. Alt kan laves med carbon nanorør, sprøjtes som blæk på fleksible plastark eller andre underlag.

Carbon nanorørbaserede gassensorer skabt på TUM tilbyder en unik kombination af egenskaber, der ikke kan matches med nogen af ​​de alternative teknologier. De registrerer og reagerer hurtigt på ekstremt små ændringer i koncentrationer af gasser, herunder ammoniak, carbondioxid, og nitrogenoxid. De fungerer ved stuetemperatur og bruger meget lidt strøm. Desuden, som TUM -forskerne rapporterer i deres seneste artikler, sådanne anordninger kan fremstilles på fleksible underlagsmaterialer gennem stort område, billige processer.

Således bliver det realistisk at forestille sig madindpakning af plast, der indeholder fleksibel, engangssensorer, giver en mere meningsfuld indikator for madens friskhed end salgsdatoen. Måling af kuldioxid, for eksempel, kan hjælpe med at forudsige kødets holdbarhed. "Smart emballage"-forudsat at forbrugerne finder det acceptabelt, og apparaternes giftfri karakter kan påvises-kan øge fødevaresikkerheden og kan også reducere mængden af ​​spild, der spildes væsentligt. Brugt i en anden indstilling, den samme slags gassensor kunne gøre det billigere og mere praktisk at overvåge indendørs luftkvalitet i realtid.

Ikke så let - men "virkelig simpelt"

Postdoktoralforsker Alaa Abdellah og kolleger ved TUM Institute for Nanoelectronics har demonstreret, at højtydende gassensorer kan være, træde i kræft, sprøjtes på fleksible plastunderlag. Med det, de har muligvis åbnet vejen for kommerciel levedygtighed for carbon nanorørbaserede sensorer og deres applikationer. "Det er virkelig enkelt, når du ved, hvordan du gør det, "siger prof. Paolo Lugli, direktør for instituttet.

Den mest grundlæggende byggesten for denne teknologi er et enkelt cylindrisk molekyle, et sammenrullet ark med carbonatomer, der er forbundet i et bikagemønster. Denne såkaldte carbon-nanorør kan sammenlignes med en ufatteligt lang haveslange:et hult rør med et nanometer eller deromkring i diameter, men måske millioner af gange, så længe det er bredt. Individuelle carbon nanorør udviser fantastiske og nyttige egenskaber, men i dette tilfælde er forskerne mere interesserede i, hvad der kan gøres med dem i massevis.

Lagt ned i tynde film, tilfældigt orienterede carbon nanorør danner ledende netværk, der kan fungere som elektroder; mønstrede og lagdelte film kan fungere som sensorer eller transistorer. "Faktisk, "Professor Lugli forklarer, "sådanne filmers elektriske resistivitet kan moduleres ved enten en påført spænding (for at tilvejebringe en transistorvirkning) eller ved adsorption af gasmolekyler, hvilket igen er en underskrift for gaskoncentrationen til sensorapplikationer. "

Og som grundlag for især gassensorer, kulstofnanorør kombinerer fordele (og undgå mangler) ved mere etablerede materialer, såsom polymerbaseret organisk elektronik og halvledere af metaloxid i fast tilstand. Det, der hidtil har manglet, er en pålidelig, reproducerbar, billig fremstillingsmetode.

Sprayaflejring, suppleres om nødvendigt med overførselsudskrivning, opfylder det behov. En vandig opløsning af carbon nanorør ligner en flaske sort blæk og kan håndteres på lignende måder. Således kan enheder sprøjtes-fra en computerstyret robotdyse-på stort set alle former for underlag, herunder store arealplader af fleksibel plast. Der er ikke behov for dyre clean-room faciliteter.

"For os var det vigtigt at udvikle en let skalerbar teknologiplatform til fremstilling af trykt og fleksibel elektronik i stort område baseret på organiske halvledere og nanomaterialer, "Siger Dr. Abdellah." Til det formål, sprøjtedeposition udgør kernen i vores behandlingsteknologi. "

Resterende tekniske udfordringer opstår hovedsageligt fra applikationsspecifikke krav, såsom behovet for, at gassensorer er selektive såvel som følsomme.