(Phys.org) —Los circuitos electrónicos se integran típicamente en obleas de silicio rígidas, pero la flexibilidad abre una amplia gama de aplicaciones. En un mundo donde la electrónica se está volviendo más omnipresente, la flexibilidad es un rasgo muy deseable, pero encontrar materiales con la combinación adecuada de rendimiento y costo de fabricación sigue siendo un desafío.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Pensilvania ha demostrado que las partículas a nanoescala, o nanocristales, del semiconductor, el seleniuro de cadmio se puede "imprimir" o "recubrir" en plásticos flexibles para formar componentes electrónicos de alto rendimiento.

La investigación fue dirigida por David Kim, estudiante de doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn; Yuming Lai, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de la Escuela de Ingeniería; y la profesora Cherie Kagan, quien tiene nombramientos en ambos departamentos así como en el Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias. Benjamín Diroll, un estudiante de doctorado en química, y Penn Integrates Knowledge El profesor Christopher Murray de Ciencia de Materiales y Química también colaboró ​​en la investigación.

Su trabajo fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

"Tenemos una referencia de rendimiento en silicio amorfo, cuál es el material que ejecuta la pantalla en su computadora portátil, entre otros dispositivos, "Kagan dijo." Aquí, demostramos que estos dispositivos de nanocristales de seleniuro de cadmio pueden mover electrones 22 veces más rápido que en el silicio amorfo ".

Además de la velocidad, Otra ventaja que tienen los nanocristales de seleniuro de cadmio sobre el silicio amorfo es la temperatura a la que se depositan. Mientras que el silicio amorfo utiliza un proceso que opera a varios cientos de grados, Los nanocristales de seleniuro de cadmio pueden depositarse a temperatura ambiente y recocerse a temperaturas suaves, abriendo la posibilidad de utilizar cimientos plásticos más flexibles.

Otra innovación que permitió a los investigadores utilizar plástico flexible fue la elección de ligandos, las cadenas químicas que se extienden desde las superficies de los nanocristales y ayudan a facilitar la conductividad a medida que se empaquetan en una película.

"Se han realizado muchos estudios de transporte de electrones sobre el seleniuro de cadmio, pero hasta hace poco no hemos podido sacarles un buen rendimiento, "Dijo Kim." El nuevo aspecto de nuestra investigación fue que usamos ligandos que podemos traducir muy fácilmente al plástico flexible; otros ligandos son tan cáusticos que el plástico se derrite ".

Debido a que los nanocristales están dispersos en un líquido similar a la tinta, Se pueden utilizar múltiples tipos de técnicas de deposición para hacer circuitos. En su estudio, los investigadores utilizaron spincoating, donde la fuerza centrífuga tira de una capa delgada de la solución sobre una superficie, pero los nanocristales podrían aplicarse por inmersión, también por pulverización o por chorro de tinta.

En una lámina de plástico flexible se modeló una capa inferior de electrodos utilizando una máscara de sombra, esencialmente una plantilla, para marcar un nivel del circuito. Luego, los investigadores usaron la plantilla para definir pequeñas regiones de oro conductor para hacer las conexiones eléctricas a los niveles superiores que formarían el circuito. Se introdujo una capa de óxido de aluminio aislante y se revistió una capa de nanocristales de 30 nanómetros a partir de la solución. Finalmente, Los electrodos en el nivel superior se depositaron a través de máscaras de sombra para finalmente formar los circuitos.

"Los circuitos más complejos son como edificios de varios pisos, "Dijo Kagan." El oro actúa como escaleras que los electrones pueden usar para viajar entre esos pisos ".

Usando este proceso, los investigadores construyeron tres tipos de circuitos para probar el rendimiento de los nanocristales para aplicaciones de circuitos:un inversor, un amplificador y un oscilador de anillo.

"Un inversor es el bloque de construcción fundamental para circuitos más complejos, "Dijo Lai." También podemos mostrar amplificadores, que amplifican la amplitud de la señal en circuitos analógicos, y osciladores de anillo, donde las señales de 'encendido' y 'apagado' se propagan correctamente a través de múltiples etapas en circuitos digitales ".

"Y todos estos circuitos funcionan con un par de voltios, ", Dijo Kagan." Si quieres dispositivos electrónicos para dispositivos portátiles que funcionen con baterías, tienen que funcionar a baja tensión o no serán útiles ".

Con la combinación de flexibilidad, procesos de fabricación relativamente simples y bajos requisitos de energía, Estos circuitos de nanocristales de seleniuro de cadmio podrían allanar el camino para nuevos tipos de dispositivos y sensores omnipresentes, que podría tener aplicaciones biomédicas o de seguridad.

"Esta investigación también abre la posibilidad de utilizar otros tipos de nanocristales, como hemos demostrado, el aspecto de los materiales ya no es una limitación, "Dijo Kim.