Forskere laver stort gennembrud inden for smart printet elektronik

Forskere i AMBER, det Science Foundation Ireland-finansierede materialevidenskabelige forskningscenter, der er vært i Trinity College Dublin, har for første gang fremstillet trykte transistorer, der udelukkende består af 2-dimensionelle nanomaterialer. Disse 2D-materialer kombinerer spændende elektroniske egenskaber med potentialet for lavprisproduktion. Dette gennembrud kunne frigøre potentialet for applikationer såsom fødevareemballage, der viser en digital nedtælling for at advare dig om at fordærve, vinetiketter, der advarer dig, når din hvidvin har den optimale temperatur, eller endda en rude, der viser dagens vejrudsigt. AMBER-holdets resultater er blevet offentliggjort i dag i det førende tidsskrift Videnskab .

Denne opdagelse åbner vejen for industrien, såsom IKT og farmaceutiske produkter, til billigt at printe et væld af elektroniske enheder fra solceller til LED'er med applikationer fra interaktive smarte mad- og medicinetiketter til næste generations seddelsikkerhed og e-pas.

Prof Jonathan Coleman, der er efterforsker i AMBER og Trinity's School of Physics, sagde, "I fremtiden, trykte enheder vil blive inkorporeret i selv de mest verdslige genstande såsom etiketter, plakater og emballage. Trykte elektroniske kredsløb (konstrueret af de enheder, vi har skabt) vil gøre det muligt for forbrugerprodukter at samle, behandle, vise og overføre information:f.eks. mælkekartoner kunne sende beskeder til din telefon, der advarer om, at mælken er ved at være forældet.

Vi tror på, at 2D nanomaterialer kan konkurrere med de materialer, der i dag bruges til trykt elektronik. Sammenlignet med andre materialer, der anvendes på dette område, vores 2D nanomaterialer har evnen til at give mere omkostningseffektive og højere ydeevne printede enheder. Imidlertid, mens det sidste årti har understreget potentialet i 2D-materialer til en række elektroniske applikationer, kun de første skridt er taget for at demonstrere deres værdi inden for trykt elektronik. Denne publikation er vigtig, fordi den viser, at udføre halvledende og isolerende 2D nanomaterialer kan kombineres i komplekse enheder. Vi mente, at det var yderst vigtigt at fokusere på print af transistorer, da de er de elektriske kontakter i hjertet af moderne computere. Vi mener, at dette arbejde åbner vejen for at printe en lang række enheder udelukkende fra 2D nanoark."

ledet af prof Coleman, i samarbejde med grupperne af prof Georg Duesberg (AMBER) og prof. Laurens Siebbeles (TU Delft, Holland), holdet brugte standard printteknikker til at kombinere grafen nanoark som elektroder med to andre nanomaterialer, wolframdiselenid og bornitrid som kanalen og separatoren (to vigtige dele af en transistor) for at danne et helt trykt, nanoark, fungerende transistor.

Printbar elektronik har udviklet sig i løbet af de sidste tredive år baseret hovedsageligt på printbare kulstofbaserede molekyler. Selvom disse molekyler nemt kan omdannes til trykfarve, sådanne materialer er noget ustabile og har velkendte ydeevnebegrænsninger. Der har været mange forsøg på at overgå disse forhindringer ved hjælp af alternative materialer, såsom kulstofnanorør eller uorganiske nanopartikler, men disse materialer har også vist begrænsninger i enten ydeevne eller i fremstillingsevne. Mens ydeevnen af ​​printede 2D-enheder endnu ikke kan sammenlignes med avancerede transistorer, holdet mener, at der er et bredt spillerum til at forbedre ydeevnen ud over den nuværende state-of-the-art for trykte transistorer.

Muligheden for at printe 2D nanomaterialer er baseret på Prof. Colemans skalerbare metode til at producere 2D nanomaterialer, inklusive grafen, bornitrid, og wolfram diselenid nanoplader, i væsker, en metode han har licenseret til Samsung og Thomas Swan. Disse nanoplader er flade nanopartikler, der er nogle få nanometer tykke, men hundredvis af nanometer brede. Kritisk, nanoark fremstillet af forskellige materialer har elektroniske egenskaber, der kan lede, isolerende eller halvledende og således inkludere alle byggestenene i elektronik. Væskeforarbejdning er især fordelagtig, idet den giver store mængder 2D-materialer af høj kvalitet i en form, der er let at forarbejde til blæk. Prof. Colemans publikation giver mulighed for at printe kredsløb til ekstremt lave omkostninger, hvilket vil lette en række anvendelser fra animerede plakater til smarte etiketter.