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  • I transistor estensibili in grafene superano i limiti di altri materiali

    (Sinistra) Transistor a base di grafene modellato su un substrato PDMS. (Centro) Immagini al microscopio del transistor in fase di allungamento fino al 5%. (Destra) Il transistor modellato su un palloncino. Credito immagine:Lee, et al. ©2011 Società Chimica Americana

    (PhysOrg.com) -- Quando si tratta di fabbricare tessuti elastici, elettronica trasparente, trovare un materiale per realizzare transistor è stata una sfida significativa per i ricercatori. Hanno esplorato una varietà di materiali semiconduttori convenzionali, comprese le molecole, polimeri, e metalli, ma questi materiali tendono ad avere proprietà ottiche e meccaniche intrinsecamente scadenti. Questi inconvenienti rendono difficile realizzare un transistor che possa mantenere le sue prestazioni ottiche ed elettriche sotto un elevato sforzo. In un nuovo studio, i ricercatori hanno fabbricato un elastico, transistor trasparente a base di grafene e ha scoperto che, grazie all'eccellente ottica del grafene, meccanico, e proprietà elettriche, il transistor risolve alcuni dei problemi affrontati dai transistor realizzati con materiali semiconduttori convenzionali.

    I ricercatori, guidato da Jeong Ho Cho della Soongsil University di Seoul, Corea del Sud, e Jong-Hyun Ahn della Sungkyunkwan University di Suwon, Corea del Sud, hanno pubblicato il loro studio in un recente numero di Nano lettere .

    “Il nostro lavoro include risultati importanti rispetto ai dispositivi estensibili e trasparenti riportati nella precedente letteratura, "Ahn ha detto PhysOrg.com . “In effetti, è quasi impossibile fabbricare transistor che offrano sia l'elasticità meccanica che un'elevata trasparenza ottica su substrati insoliti come lastre di gomma o palloncini utilizzando materiali convenzionali. In particolare, i dispositivi al grafene hanno il vantaggio di poter essere integrati utilizzando processi di stampa a temperatura ambiente senza passaggi sotto vuoto o ad alta temperatura. Le capacità di questi sistemi vanno ben oltre i sistemi convenzionali basati sui materiali”.

    Per fabbricare il transistor, i ricercatori hanno sintetizzato singoli strati di grafene e poi li hanno impilati strato per strato su un foglio di rame. Utilizzando tecniche di fotolitografia e incisione, i ricercatori hanno modellato alcuni degli elementi essenziali del transistor, compresi gli elettrodi e il canale semiconduttore, sul grafene. Dopo aver trasferito questi componenti su un substrato di gomma estensibile, i ricercatori hanno stampato i componenti rimanenti - isolatori di gate ed elettrodi di gate - sul dispositivo utilizzando gel ionico estensibile.

    I ricercatori hanno scoperto che i transistor a base di grafene su substrati di gomma avevano diverse caratteristiche interessanti. Ad esempio, i processi di stampa a bassa temperatura hanno reso la tecnica di fabbricazione molto più semplice rispetto alle tecniche che richiedono processi ad alta temperatura. Anche, i transistor realizzati con materiali semiconduttori inorganici convenzionali non possono essere fabbricati su substrati di gomma a causa delle loro scarse proprietà meccaniche, che limita la loro gamma estensibile.

    I risultati sperimentali dei ricercatori hanno confermato le buone prestazioni dei transistor al grafene. Hanno dimostrato che i dispositivi potevano essere allungati fino al 5% per 1, 000 volte e mantengono ancora le loro buone proprietà elettriche. In un esperimento, i ricercatori hanno fabbricato i transistor al grafene su un palloncino di gomma e ne hanno misurato le proprietà elettriche mentre gonfiavano il palloncino. Quando allungato più del 5%, le proprietà elettriche cominciarono a degradarsi, dovuto in parte a microfratture e altri difetti nei film di grafene.

    “Faremo uno sforzo per migliorare la gamma di elasticità e le proprietà elettroniche degli attuali dispositivi al grafene e applicarli a vari dispositivi elettronici indossabili e pelli sensoriali, "Ahn ha detto.

    I ricercatori prevedono che i transistor al grafene potrebbero fungere da prezioso componente in future applicazioni elettroniche trasparenti ed estensibili, offrendo una performance che sarebbe difficile ottenere utilizzando materiali elettronici convenzionali. Le applicazioni potrebbero includere display arrotolabili, biosensori conformi che si modellano su una superficie sottostante, e altri.

    “L'elettronica estensibile potrebbe essere utile per varie applicazioni attuali e future, come display indossabili e dispositivi di comunicazione, biosensori conformabili ed estensibili (sensori cerebrali, cateteri a palloncino, eccetera.), pelle sensoriale per robotica, e monitor per la salute strutturale e telecamere a bulbo oculare, "Ahn ha detto. “Le interconnessioni e i dispositivi estensibili creerebbero pieghevoli, display arrotolabili e indossabili. I sensori estensibili potrebbero essere incorporati in guanti e indumenti senza ingombro. I guanti da chirurgo possono monitorare costantemente il pH del sangue e altri livelli chimici”.

    Copyright 2011 PhysOrg.com.
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