(Izquierda) Dispositivo íntegramente de carbono fabricado sobre un sustrato de polímero flexible. (Derecha) Las corrientes de ENCENDIDO y APAGADO del transistor completamente de carbono para diferentes niveles de flexión. Crédito:Sol, et al. © 2013 Macmillan Publishers Limited
(Phys.org):últimamente se han realizado muchas investigaciones sobre la electrónica flexible, pero hasta ahora estos dispositivos (que en su mayoría están hechos de carbono) todavía usan electrodos metálicos y aislantes de óxido, y estos materiales rígidos limitan la flexibilidad del dispositivo. Se han introducido algunos polímeros y líquidos iónicos como alternativas flexibles, pero tienen un rendimiento deficiente en términos de altos voltajes de funcionamiento y bajas velocidades de funcionamiento, respectivamente.
En un nuevo estudio, Los investigadores han desarrollado por primera vez circuitos integrados que están compuestos completamente de materiales flexibles a base de carbono, y se puede moldear en varias formas utilizando las mismas técnicas de moldeado utilizadas para dar forma a productos de plástico. El desarrollo podría permitir que los circuitos electrónicos se integren fácilmente en una variedad de productos de plástico, incluyendo todo, desde dispositivos médicos hasta productos de plástico en el hogar.
"Las fundas de plástico de teléfonos inteligentes y tabletas, que solo protegen los dispositivos electrónicos en el interior, tendrá funciones electrónicas como pantallas, sensores táctiles, etcétera, hacer que los teléfonos inteligentes sean más funcionales y de moda, "Yutaka Ohno de la Universidad de Nagoya en Japón y la Universidad de Aalto en Finlandia dijo Phys.org . "Al integrar otras funciones como pantallas y sensores en dispositivos de plástico, estamos pensando en desarrollar dispositivos de comunicación de información interactivos en 3D, que se puede utilizar en entornos médicos, por ejemplo."
Oh no, junto con Dong-Ming Sun de la Universidad de Nagoya y sus coautores, han publicado un artículo sobre los circuitos integrados totalmente de carbono moldeables en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .
"El punto clave de nuestro diseño es que los dispositivos totalmente de carbono están hechos de nanotubos y polímeros de carbono, y exhiben una mejor flexibilidad y capacidad de estiramiento en comparación con los dispositivos fabricados con metales rígidos y aislantes de óxido, haciendo que los dispositivos sean mucho más flexibles y elásticos, ", Dijo Sun." Los resultados de este estudio permiten lograr una fusión de dispositivos electrónicos con productos de plástico, lo que puede conducir a la creación de dispositivos electrónicos de plástico que presentan tanto la capacidad de diseño como la funcionalidad ".
(Izquierda) Un dispositivo de carbono en forma de cúpula (barra de escala, 10 mm). Recuadro:fotografía ampliada (barra de escala, 1 mm). (Derecha) Ilustración de la sección transversal del aparato de termopresión asistido por aire utilizado para moldear el dispositivo íntegramente de carbono. Crédito:Sol, et al. © 2013 Macmillan Publishers Limited
Los nuevos circuitos están compuestos por diferentes tipos de materiales de carbono, con los canales activos y elementos pasivos que consisten en nanotubos de carbono, y las capas y sustratos dieléctricos constituidos por los polímeros plásticos polimetilmetacrilato (PMMA) y polietilennaftalato (PEN), respectivamente.
A diferencia de los polímeros y líquidos iónicos que se han probado anteriormente como materiales para dieléctricos flexibles, el PMMA que los investigadores utilizaron aquí puede permitir que los transistores y los circuitos integrados funcionen a bajos voltajes y altas velocidades. El bajo voltaje de funcionamiento se puede explicar en parte por la escasa, película delgada de nanotubos de carbono en forma de red utilizada como canales, lo que mejora el acoplamiento entre el canal y el electrodo de puerta en comparación con el uso de polímeros gruesos como canales.
Previamente, Los investigadores fabricaron con éxito un transistor de película delgada con una movilidad superior a 600 cm. 2 V -1 s -1 mediante el desarrollo de una tecnología para formar una larga, aún puro, Película de nanotubos de carbono sobre plástico. En el nuevo estudio, los investigadores avanzaron aún más en la optimización de la tecnología de formación de películas, logrando una movilidad de 1, 027 cm 2 V -1 s -1 . Esta movilidad es mayor que la de un MOSFET, que utiliza silicio monocristalino, y los investigadores lo describen como un valor asombroso para un transistor de película delgada fabricado sobre un sustrato de plástico.
Debido a que estos dispositivos totalmente de carbono están hechos de nanotubos y polímeros de carbono, exhiben una mejor flexibilidad y capacidad de estiramiento en comparación con los dispositivos fabricados con metales rígidos y aislantes de óxido. Quizás la característica más útil de los circuitos totalmente de carbono es su moldeabilidad, que los investigadores demostraron calentando y soplando un sustrato plano para formar una estructura en forma de cúpula. La cúpula 3D se estira durante este proceso de moldeo sin agrietarse, en marcado contraste con los materiales rígidos como los metales. La extrema capacidad de estiramiento de los elementos pasivos y activos de los dispositivos puede permitir que se formen utilizando las mismas técnicas de moldeo que se utilizan hoy en día para dar forma a los productos de plástico.
Para escalar los dispositivos, los investigadores señalan que será importante cultivar nanotubos de carbono con una longitud y un diámetro uniformes para minimizar la variación de corriente. La eliminación de los nanotubos metálicos también puede ofrecer mejoras de rendimiento adicionales. También esperan utilizar métodos de fabricación distintos a los métodos litográficos que utilizaron aquí.
"Es deseable formar canales y cables de nanotubos de carbono a presión atmosférica y baja temperatura mediante técnicas de impresión de alto rendimiento en lugar de las técnicas litográficas actuales, "Dijo Sun.
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