Stanford-onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om nanodraadelektronica aan het oppervlak van vrijwel elk object te bevestigen. ongeacht de vorm of het materiaal waarvan het is gemaakt. De methode kan worden gebruikt bij het maken van alles, van draagbare elektronica en flexibele computerschermen tot zeer efficiënte zonnecellen en ultragevoelige biosensoren.

Nanodraadelektronica is veelbelovende bouwstenen voor vrijwel elk digitaal elektronisch apparaat dat tegenwoordig wordt gebruikt, inclusief computers, camera's en mobiele telefoons. De elektronische schakelingen zijn typisch gefabriceerd op een siliciumchip. Het circuit hecht zich tijdens de fabricage aan het oppervlak van de chip en is uiterst moeilijk los te maken. dus wanneer de schakeling in een elektronisch apparaat is opgenomen, het blijft aan de chip vastzitten. Maar siliciumchips zijn stijf en broos, beperking van het mogelijke gebruik van draagbare en flexibele nanodraadelektronica.

De sleutel tot de nieuwe methode is het coaten van het oppervlak van de siliciumwafel met een dunne laag nikkel voordat de elektronische schakelingen worden gefabriceerd. Nikkel en silicium zijn beide hydrofiel, of "waterminnend, " wat betekent dat wanneer ze worden blootgesteld aan water nadat de fabricage van nanodraadapparaten is voltooid, het water dringt gemakkelijk tussen de twee materialen door, het losmaken van het nikkel en de bovenliggende elektronica van de siliciumwafel.

"Het losmaakproces kan bij kamertemperatuur in water worden gedaan en duurt slechts enkele seconden, " zei Xiaolin Zheng, een assistent-professor werktuigbouwkunde, die de onderzoeksgroep leidde die het proces ontwikkelde. "Het overdrachtsproces is bijna 100 procent succesvol, wat betekent dat de apparaten kunnen worden overgedragen zonder schade op te lopen."

Na detachering, de siliconenwafels zijn schoon en klaar voor hergebruik, wat de productiekosten aanzienlijk zou moeten verlagen.

Zheng is een van de auteurs van een paper waarin de methode wordt beschreven en die in een komende uitgave van zal worden gepubliceerd Nano-letters . De krant is nu online beschikbaar. Chi Hwan Lee en Dong Rip Kim, beide afgestudeerde studenten in het laboratorium van Zheng, zijn co-auteurs.

Na het aanbrengen van de nikkellaag op de siliciumchip, de onderzoekers legden ook een ultradunne laag van een polymeer aan om als isolator te fungeren en de elektronica mechanisch te ondersteunen.

De ultradunne polymeerlaag is ook extreem flexibel, dat is wat Zheng en haar team in staat stelt om hun nanodraadelektronica te bevestigen aan een breed scala aan vormen en materialen, waaronder papier, textiel, kunststoffen, glas, aluminiumfolie, latexhandschoenen - zelfs een verfrommeld blikje cola en een gepureerde plastic waterfles.

"De polymeerlagen die we gebruiken zijn ongeveer 15 keer dunner dan de plastic folie die je gebruikt om een ​​bord eten te bedekken, " zei Zheng. "Omdat het polymeer zo'n grote mate van flexibiliteit heeft, je kunt het polymeer met nanodraadapparaten bovenop alles wikkelen terwijl je de vorm van elk object volgt."

Momenteel werkt haar team met polymeerlagen van ongeveer 800 nanometer dik. Een nanometer is een miljoenste van een millimeter.

Maar wat de apparaten nu echt zo flexibel maakt, waardoor de apparaten kunnen buigen met het flexibele substraat, is de korte lengte van de nanodraden die worden gebruikt om de schakelingen te fabriceren.

"De lengte van deze nanodraden is slechts een paar duizendsten van een millimeter lang, "Zegt Zheng. "Vergeleken met de kromming van de objecten waaraan we ze bevestigen, dat is echt kort, dus er is heel weinig spanning op de nanodraden."

Omdat de nanodraden zo kort zijn, wanneer ze op een ingewikkeld oppervlak worden geplaatst - zelfs de scherpe bochten van een gepureerde plastic waterfles - is het alsof het oppervlak praktisch vlak is.

De apparaten kunnen ook eenvoudig op een ondergrond worden aangebracht, verwijderd en opnieuw aangebracht op een ander oppervlak, herhaaldelijk, zonder de schakeling te verslechteren.

Enkele van de belangrijkste toepassingen van het proces dat Zheng voorziet, zullen op het gebied van biologisch onderzoek liggen. Nanodraad-apparaten kunnen rechtstreeks aan hart- of hersenweefsel worden bevestigd om de elektrische signalen van die weefsels te meten.

"Onderzoekers kunnen hartritmestoornissen meten of hoe een neuron vuurt, ' zei ze. 'Die signalen zijn elektrisch, maar om ze te meten heb je een zeer conforme, zeer dunne coating waardoor de signalen zich over het substraat kunnen voortplanten."

Het overdrachtsproces zou ook kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van zeer efficiënte flexibele zonnecellen en zou waarschijnlijk worden gebruikt in robotica, ook.

"De mogelijkheden zijn echt onbeperkt, ' zei Zheng.