(Phys.org) — Ultimamente c'è stata molta ricerca sull'elettronica flessibile, ma finora questi dispositivi (che sono per lo più fatti di carbonio) usano ancora elettrodi metallici e isolanti di ossido, e questi materiali rigidi limitano la flessibilità del dispositivo. Alcuni polimeri e liquidi ionici sono stati introdotti come alternative flessibili, ma hanno scarse prestazioni in termini di alte tensioni di esercizio e basse velocità di esercizio, rispettivamente.

In un nuovo studio, i ricercatori hanno sviluppato per la prima volta circuiti integrati composti interamente da materiali flessibili a base di carbonio, e può essere modellato in varie forme utilizzando le stesse tecniche di stampaggio utilizzate per modellare i prodotti in plastica. Lo sviluppo potrebbe consentire di integrare facilmente i circuiti elettronici in una varietà di prodotti in plastica, compreso tutto, dai dispositivi medici ai prodotti di plastica in casa.

"Le custodie in plastica di smartphone e tablet, che stanno solo proteggendo i dispositivi elettronici all'interno, avrà funzioni elettroniche come display, sensori tattili, e così via, rendere gli smartphone più funzionali e alla moda, "Ha detto Yutaka Ohno dell'Università di Nagoya in Giappone e dell'Università di Aalto in Finlandia Phys.org . "Integrando altre funzioni come display e sensori in dispositivi di plastica, stiamo pensando di sviluppare dispositivi di comunicazione di informazioni interattive 3D, che può essere utilizzato in ambienti medici, Per esempio."

Oh no, insieme a Dong-Ming Sun dell'Università di Nagoya e ai loro coautori, hanno pubblicato un articolo sui circuiti integrati modellabili interamente in carbonio in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

"Il punto chiave del nostro design è che i dispositivi interamente in carbonio sono realizzati con nanotubi di carbonio e polimeri, e mostrano una migliore flessibilità ed elasticità rispetto ai dispositivi fabbricati con metalli rigidi e isolanti di ossido, rendendo i dispositivi molto più flessibili ed elastici, " ha detto Sun. "I risultati di questo studio consentono di ottenere una fusione di dispositivi elettronici con prodotti in plastica, che può portare alla creazione di dispositivi elettronici in plastica che presentano sia designabilità che funzionalità."

I nuovi circuiti sono composti da diversi tipi di materiali in carbonio, con i canali attivi e gli elementi passivi costituiti da nanotubi di carbonio, e gli strati e substrati dielettrici costituiti dai polimeri plastici polimetilmetacrilato (PMMA) e polietilene naftalato (PEN), rispettivamente.

A differenza dei polimeri e dei liquidi ionici che sono stati precedentemente provati come materiali per dielettrici flessibili, il PMMA che i ricercatori hanno utilizzato qui può consentire a transistor e circuiti integrati di funzionare a basse tensioni e alte velocità. La bassa tensione operativa può essere spiegata in parte dalla scarsa, film sottile di nanotubi di carbonio simile a una rete utilizzato come canali, che migliora l'accoppiamento tra il canale e l'elettrodo di gate rispetto all'utilizzo di polimeri spessi come canali.

In precedenza, i ricercatori hanno fabbricato con successo un transistor a film sottile con una mobilità superiore a 600 cm ² V ^-1 S ^-1 sviluppando una tecnologia per formare un lungo, eppure puro, pellicola di nanotubi di carbonio su plastica. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno compiuto ulteriori progressi nell'ottimizzazione della tecnologia di formazione del film, raggiungere una mobilità di 1, 027 cm ² V ^-1 S ^-1 . Questa mobilità è superiore a quella di un MOSFET, che utilizza silicio monocristallino, e i ricercatori lo descrivono come un valore sorprendente per un transistor a film sottile fabbricato su un substrato di plastica.

Poiché questi dispositivi interamente in carbonio sono realizzati con nanotubi di carbonio e polimeri, mostrano una migliore flessibilità ed elasticità rispetto ai dispositivi fabbricati con metalli rigidi e isolanti di ossido. Forse la caratteristica più utile dei circuiti interamente in carbonio è la loro modellabilità, che i ricercatori hanno dimostrato riscaldando e soffiando un substrato planare per formare una struttura a forma di cupola. La cupola 3D viene allungata durante questo processo di stampaggio senza rompersi, in netto contrasto con materiali rigidi come i metalli. L'estrema allungabilità degli elementi sia passivi che attivi dei dispositivi può consentire la loro formatura utilizzando le stesse tecniche di stampaggio utilizzate oggi per modellare i prodotti in plastica.

Per ampliare i dispositivi, i ricercatori fanno notare che sarà importante coltivare nanotubi di carbonio con una lunghezza e un diametro uniformi per ridurre al minimo la variazione di corrente. L'eliminazione dei nanotubi metallici può anche offrire ulteriori miglioramenti delle prestazioni. Sperano anche di utilizzare metodi di fabbricazione diversi dai metodi litografici che hanno usato qui.

"È auspicabile formare canali e cablaggi di nanotubi di carbonio a pressione atmosferica e a bassa temperatura mediante tecniche di stampa ad alta produttività piuttosto che con le attuali tecniche litografiche, " ha detto Sole.

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