Fleksibel carbon-elektronik integreret i planter, insekter, og mere

(Phys.org) — Kulstofbaseret elektronik bliver meget udforsket på grund af deres attraktive elektriske og mekaniske egenskaber, men at syntetisere dem i store mængder til lave omkostninger er stadig en udfordring.

Nu i en ny undersøgelse, forskere har udviklet en ny metode til at syntetisere hele integrerede kulstof-elektroniske enheder, inklusive transistorer, elektroder, sammenkoblinger, og sensorer, i et enkelt trin, i høj grad forenkle deres dannelse. De billige elektroniske enheder kan derefter fastgøres til en lang række forskellige overflader, inklusive planter, insekter, papir, tøj, og menneskelig hud.

Forskerne, Kyongsoo Lee, et al., ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Ulsan Metropolitan City, Sydkorea, og Korea Electrotechnology Research Institute i Changwon, Sydkorea, har offentliggjort et papir om den nye syntesemetode i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Den nye tilgang udnytter de unikke atomare geometrier af kulstof til at syntetisere hele rækker af elektroniske enheder, specifikt kulstof nanorør transistorer, kulstof nanorør sensorer, og grafitelektroder.

"Vores carbon-enheder (transistorer og sensorer) er sammensat af (i) kulstofnanorør (som kanaler) og (ii) grafit (som elektroder), " medforfatter Jang-Ung Park, Adjunkt ved UNIST, fortalte Phys.org . "Kanaldelen kræver halvledende materialer, hvis modstand kan kontrolleres følsomt af ekstern forspænding. Elektrodedelen har brug for metalliske materialer, hvis modstand er meget lille med den ubetydelige ændring ved ekstern bias."

Som Park forklarede, de forskellige egenskaber ved nanorørene og grafitten skyldes deres forskellige bindingsstrukturer.

"Både kulstofnanorørene og grafit er kulstof, " sagde han. "Afhængig af bindingsstrukturen af ​​kulstof, kulstofnanorørene kan udvise halvledende egenskaber, og grafitten kan vise metalliske egenskaber. Vi har designet flere katalysatorer til at syntetisere kulstofnanorør og grafit lokalt med de ønskede strukturer af elektroniske enheder. På denne måde enheder udelukkende i kulstof kan syntetiseres."

De resulterende enheder viser god ydeevne, med transistorer, der arbejder med et højt on-off-forhold på over 10 ³ . For at demonstrere enhedernes fleksibilitet, forskerne overførte sensorerne direkte på den buede overflade af en optisk fiber med en radius på 100 µm, hvor sensorerne fortsatte med at fungere normalt.

De elektroniske enheder kan også integreres på forskellige overflader via van der Waals-kræfter. For eksempel, efter befugtning af transistorer og sensorer, forskerne viste, at de kan fæstnes til bladet på en levende bambusplante og til epidermis på en levende hjortebille. Forskerne viste også, at sensorerne kunne monteres på overfladen af ​​en negl, en partikelmaske, en beskyttende arm ærme, tape, og avis.

Den udbredte anvendelse af kulstofelektronik i udendørs miljøer kan være nyttig af forskellige årsager. Her viser forskerne, at sensorerne kan registrere meget lave niveauer af DMMP-damp, som bruges til at producere nervestoffer som soma og sarin. Sensorerne kan også bruges til at overvåge miljøforhold, inklusive temperatur, fugtighed, forurening, og infektioner. Alt dette kan gøres uden en indbygget strømkilde.

"Vi integrerede antenner med vores enheder, " sagde Park. "Således, den trådløse transport af strøm og sansesignaler var mulig uden batteri."

På grund af deres gode vedhæftning til de ikke-plane overflader af biomaterialer, udelukkende kulstofelektronik har potentiale til brug som bioimplanterbare enheder, såvel. Forskerne planlægger at udforske de potentielle anvendelser yderligere i fremtiden.

"I denne avis, vi har lige demonstreret påvisningen af ​​nervegassen ved hjælp af de biokompatible enheder, " sagde Park. "Som vores fremtidige forskning, vi vil udvikle forskellige sensorsystemer, herunder diabetes, forurening og radioaktivitet, ved hjælp af bærbare elektroniske enheder."

© 2014 Phys.org