(Phys.org) —Er is de laatste tijd veel onderzoek gedaan naar flexibele elektronica, maar tot nu toe gebruiken deze apparaten (die meestal van koolstof zijn gemaakt) nog steeds metalen elektroden en oxide-isolatoren, en deze stijve materialen beperken de flexibiliteit van het apparaat. Sommige polymeren en ionische vloeistoffen zijn geïntroduceerd als flexibele alternatieven, maar hebben slechte prestaties in termen van hoge bedrijfsspanningen en lage bedrijfssnelheden, respectievelijk.

In een nieuwe studie, onderzoekers hebben voor het eerst geïntegreerde schakelingen ontwikkeld die volledig zijn samengesteld uit flexibele materialen op koolstofbasis, en kan in verschillende vormen worden gegoten met behulp van dezelfde giettechnieken die worden gebruikt voor het vormen van plastic producten. Door de ontwikkeling kunnen elektronische schakelingen gemakkelijk worden geïntegreerd in een verscheidenheid aan plastic producten, inclusief alles van medische apparaten tot plastic producten in huis.

"De plastic hoesjes van smartphones en tablets, die alleen de elektronische apparaten binnenin beschermen, elektronische functies hebben zoals displays, aanraaksensoren, enzovoort, smartphones functioneler en modieuzer maken, " vertelde Yutaka Ohno van de Nagoya University in Japan en de Aalto University in Finland Phys.org . "Door andere functies zoals displays en sensoren te integreren in plastic apparaten, we denken aan de ontwikkeling van interactieve 3D-apparatuur voor informatiecommunicatie, die kunnen worden gebruikt in medische instellingen, bijvoorbeeld."

Oh nee, samen met Dong-Ming Sun van de Universiteit van Nagoya en hun coauteurs, hebben een artikel gepubliceerd over de vormbare volledig koolstofgeïntegreerde schakelingen in een recent nummer van: Natuurcommunicatie .

"Het belangrijkste punt in ons ontwerp is dat de volledig koolstofapparaten zijn gemaakt van koolstofnanobuizen en -polymeren, en ze vertonen een betere flexibiliteit en rekbaarheid in vergelijking met apparaten die zijn vervaardigd uit stijve metalen en oxide-isolatoren, waardoor de apparaten veel flexibeler en elastischer zijn, Sun zei. "De resultaten van deze studie maken het mogelijk om een ​​fusie van elektronische apparaten met plastic producten te bereiken, wat kan leiden tot de creatie van plastic elektronische apparaten die zowel ontwerpbaarheid als functionaliteit bieden."

De nieuwe circuits zijn samengesteld uit verschillende soorten koolstofmaterialen, met de actieve kanalen en passieve elementen bestaande uit koolstofnanobuisjes, en de diëlektrische lagen en substraten bestaande uit de kunststofpolymeren polymethylmethacrylaat (PMMA) en polyethyleennaftalaat (PEN), respectievelijk.

In tegenstelling tot de polymeren en ionische vloeistoffen die eerder zijn uitgeprobeerd als materialen voor flexibele diëlektrica, het PMMA dat de onderzoekers hier gebruikten, kan transistoren en geïntegreerde schakelingen laten werken bij lage spanningen en hoge snelheden. De lage bedrijfsspanning kan gedeeltelijk worden verklaard door de schaarse, netwerkachtige koolstof nanobuis dunne film gebruikt als kanalen, wat de koppeling tussen het kanaal en de poortelektrode verbetert in vergelijking met het gebruik van dikke polymeren als kanalen.

Eerder, de onderzoekers hebben met succes een dunnefilmtransistor gefabriceerd met een mobiliteit van meer dan 600 cm ² V ^-1 s ^-1 door een technologie te ontwikkelen voor het vormen van een lange, maar puur, koolstof nanobuis film op plastic. In de nieuwe studie de onderzoekers boekten verdere vooruitgang bij de optimalisatie van de filmvormende technologie, het bereiken van een mobiliteit van 1, 027 cm ² V ^-1 s ^-1 . Deze mobiliteit is hoger dan die van een MOSFET, die monokristallijn silicium gebruikt, en de onderzoekers beschrijven het als een verbazingwekkende waarde voor een dunnefilmtransistor gefabriceerd op een plastic substraat.

Omdat deze volledig van koolstof gemaakte apparaten zijn gemaakt van koolstofnanobuisjes en polymeren, ze vertonen een betere flexibiliteit en rekbaarheid in vergelijking met apparaten die zijn vervaardigd uit stijve metalen en oxide-isolatoren. Misschien wel het meest bruikbare kenmerk van de volledig koolstofcircuits is hun vormbaarheid, die de onderzoekers demonstreerden door een vlak substraat te verwarmen en te blazen om een ​​koepelvormige structuur te vormen. De 3D-koepel wordt tijdens dit vormproces uitgerekt zonder te barsten, in schril contrast met harde materialen zoals metalen. Door de extreme rekbaarheid van zowel de passieve als de actieve elementen van de apparaten kunnen ze worden gevormd met dezelfde giettechnieken die tegenwoordig worden gebruikt om plastic producten te vormen.

Om de apparaten op te schalen, de onderzoekers merken op dat het belangrijk zal zijn om koolstofnanobuisjes met een uniforme lengte en diameter te laten groeien om stroomvariatie te minimaliseren. Het elimineren van metalen nanobuisjes kan ook verdere prestatieverbeteringen opleveren. Ze hopen ook andere fabricagemethoden te gebruiken dan de lithografische methoden die ze hier gebruikten.

"Het is wenselijk om koolstof nanobuiskanalen en bedradingen te vormen bij atmosferische druk en lage temperatuur door middel van high-throughput printtechnieken in plaats van huidige lithografische technieken, ' zei Zon.

© 2013 Fysio.org. Alle rechten voorbehouden.