Gli ingegneri dei materiali dell'Università del Wisconsin-Madison hanno compiuto un salto significativo verso la creazione di componenti elettronici ad alte prestazioni con una durata della batteria migliorata e la capacità di flettersi e allungarsi.
Guidati dal professore associato di scienza dei materiali Michael Arnold e dalla professoressa Padma Gopalan, il team ha segnalato i transistor a nanotubi di carbonio più performanti mai dimostrati. Oltre a spianare la strada a una migliore elettronica di consumo, questa tecnologia potrebbe anche avere usi specifici in applicazioni industriali e militari.
In un articolo pubblicato di recente sulla rivista ACS Nano , Arnoldo, Gopalan e i loro studenti hanno riferito di transistor con un rapporto on-off che è 1, 000 volte migliore e una conduttanza 100 volte migliore rispetto ai precedenti transistor a nanotubi di carbonio all'avanguardia.
"I nanotubi di carbonio sono molto resistenti e molto flessibili, quindi potrebbero anche essere usati per realizzare display flessibili ed elettronica che possono allungarsi e piegarsi, permettendoti di integrare l'elettronica in nuovi posti come l'abbigliamento, " afferma Arnold. "Il progresso consente nuovi tipi di elettronica che non sono possibili con i materiali più fragili che i produttori stanno attualmente utilizzando".
I nanotubi di carbonio sono singoli fogli atomici di carbonio arrotolati in un tubo. Come alcuni dei migliori conduttori elettrici mai scoperti, i nanotubi di carbonio sono da tempo riconosciuti come un materiale promettente per i transistor di prossima generazione, che sono dispositivi a semiconduttore che possono agire come un interruttore on-off per la corrente o amplificare la corrente. Questo costituisce la base di un dispositivo elettronico.
Però, i ricercatori hanno lottato per isolare i nanotubi di carbonio puramente semiconduttori, che sono cruciali, perché le impurità dei nanotubi metallici agiscono come fili di rame e "accorciano" il dispositivo. I ricercatori hanno anche lottato per controllare il posizionamento e l'allineamento dei nanotubi. Fino ad ora, queste due sfide hanno limitato lo sviluppo di transistor a nanotubi di carbonio ad alte prestazioni.
Basandosi su più di due decenni di ricerca sui nanotubi di carbonio nel campo, il team di UW-Madison ha attinto a tecnologie all'avanguardia che utilizzano polimeri per selezionare selettivamente i nanotubi semiconduttori, raggiungimento di una soluzione di nanotubi di carbonio semiconduttori ad altissima purezza.
Le tecniche precedenti per allineare i nanotubi hanno portato a una densità di imballaggio meno che desiderabile, o quanto sono vicini l'uno all'altro i nanotubi quando sono assemblati in un film. Però, i ricercatori UW-Madison hanno aperto la strada a una nuova tecnica, chiamato autoassemblaggio evaporativo galleggiante, o FESA, che hanno descritto in precedenza nel 2014 nella rivista ACS Langmuir . In quella tecnica, i ricercatori hanno sfruttato un fenomeno di autoassemblaggio innescato dalla rapida evaporazione di una soluzione di nanotubi di carbonio.
Il progresso più recente del team avvicina anche il campo alla realizzazione di transistor a nanotubi di carbonio come possibile sostituto dei transistor al silicio nei chip dei computer e nei dispositivi di comunicazione ad alta frequenza, che si stanno rapidamente avvicinando ai loro limiti di scalabilità fisica e prestazioni.
"Questo non è un miglioramento incrementale delle prestazioni, " dice Arnold. "Con questi risultati, abbiamo davvero fatto un salto di qualità nei transistor a nanotubi di carbonio. I nostri transistor a nanotubi di carbonio sono di un ordine di grandezza migliori in termini di conduttanza rispetto alle migliori tecnologie di transistor a film sottile attualmente utilizzate in commercio mentre si accendono e si spengono ancora come dovrebbe funzionare un transistor".
I ricercatori hanno brevettato la loro tecnologia attraverso la Wisconsin Alumni Research Foundation e hanno iniziato a lavorare con le aziende per accelerare il trasferimento tecnologico all'industria.
