(Phys.org) — Op koolstof gebaseerde elektronica wordt op grote schaal onderzocht vanwege hun aantrekkelijke elektrische en mechanische eigenschappen, maar het is nog steeds een uitdaging om ze in grote hoeveelheden tegen lage kosten te synthetiseren.

Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het synthetiseren van volledige geïntegreerde elektronische apparaten van koolstofvezel, inclusief transistoren, elektroden, onderling verbonden, en sensoren, in een enkele stap, hun vorming aanzienlijk vereenvoudigen. De goedkope elektronische apparaten kunnen dan op een groot aantal verschillende oppervlakken worden bevestigd, inclusief planten, insecten, papier, kleren, en menselijke huid.

De onderzoekers, Kyongsoo Lee, et al., aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Ulsan Metropolitan City, Zuid-Korea, en het Korea Electrotechnology Research Institute in Changwon, Zuid-Korea, hebben een paper over de nieuwe synthesemethode gepubliceerd in een recent nummer van: Nano-letters .

De nieuwe benadering maakt gebruik van de unieke atomaire geometrieën van koolstof om hele reeksen elektronische apparaten te synthetiseren, specifiek koolstofnanobuistransistors, koolstof nanobuis sensoren, en grafietelektroden.

"Onze all-carbon apparaten (transistoren en sensoren) zijn samengesteld uit (i) koolstof nanobuisjes (als kanalen) en (ii) grafiet (als elektroden), " co-auteur Jang-Ung Park, Universitair docent bij UNIST, vertelde Phys.org . "Het kanaalgedeelte vereist halfgeleidende materialen waarvan de weerstand gevoelig kan worden geregeld door externe voorspanning. Het elektrodegedeelte heeft metalen materialen nodig waarvan de weerstand erg klein is met de verwaarloosbare verandering door externe voorspanning."

Zoals Park uitlegde, de verschillende eigenschappen van de nanobuisjes en grafiet zijn te wijten aan hun verschillende bindingsstructuren.

"Zowel de koolstofnanobuisjes als het grafiet zijn koolstof, " zei hij. "Afhankelijk van de bindingsstructuur van koolstof, de koolstofnanobuisjes kunnen halfgeleidende eigenschappen vertonen en het grafiet kan metallische eigenschappen vertonen. We hebben meerdere katalysatoren ontworpen om de koolstofnanobuisjes en het grafiet lokaal te synthetiseren met de gewenste structuren van elektronische apparaten. Op deze manier, de all-carbon apparaten kunnen worden gesynthetiseerd."

De resulterende apparaten vertonen goede prestaties, waarbij de transistors werken met een hoge aan-uitverhouding van meer dan 10 ³ . Om de flexibiliteit van de apparaten te demonstreren, de onderzoekers brachten de sensoren rechtstreeks over op het gekromde oppervlak van een optische vezel met een straal van 100 µm, waar de sensoren normaal bleven werken.

De elektronische apparaten kunnen ook via van der Waals-krachten op verschillende oppervlakken worden geïntegreerd. Bijvoorbeeld, na het bevochtigen van de transistors en sensoren, de onderzoekers toonden aan dat ze kunnen worden vastgemaakt aan het blad van een levende bamboeplant en aan de epidermis van een levend vliegend hert. De onderzoekers toonden ook aan dat de sensoren op de oppervlakken van een vingernagel kunnen worden gemonteerd, een deeltjesmasker, een beschermende arm mouw, plakband, en krant.

De wijdverbreide toepassing van volledig koolstof elektronica in buitenomgevingen kan om verschillende redenen nuttig zijn. Hier laten de onderzoekers zien dat de sensoren zeer lage niveaus van DMMP-damp kunnen detecteren, die wordt gebruikt voor het produceren van zenuwgassen zoals soma en sarin. De sensoren kunnen ook worden gebruikt om de omgevingsomstandigheden te bewaken, inclusief temperatuur, vochtigheid, vervuiling, en infecties. Dit alles kan worden gedaan zonder een ingebouwde stroombron.

"We hebben antennes geïntegreerd met onze apparaten, "Zei Park. "Dus, het draadloze transport van stroom en detectiesignalen was mogelijk zonder batterij."

Vanwege hun goede hechting op de niet-vlakke oppervlakken van biomaterialen, de volledig koolstof elektronica heeft het potentieel voor gebruik als bio-implanteerbare apparaten, ook. De onderzoekers zijn van plan om de mogelijke toepassingen in de toekomst verder te onderzoeken.

"In deze krant, we hebben zojuist de detectie van het zenuwgas gedemonstreerd met behulp van de biocompatibele apparaten, " zei Park. "Als ons toekomstig onderzoek, we zullen verschillende detectiesystemen ontwikkelen, inclusief suikerziekte, vervuiling en radioactiviteit, met behulp van de draagbare elektronische apparaten."

© 2014 Fys.org