A los ingenieros les encantaría crear dispositivos electrónicos flexibles, como lectores electrónicos que se pueden plegar para caber en un bolsillo. Un enfoque que están probando consiste en diseñar circuitos basados ​​en fibras electrónicas, conocidos como nanotubos de carbono (CNT), en lugar de chips de silicio rígidos.

Pero la fiabilidad es fundamental. La mayoría de los chips de silicio se basan en un tipo de diseño de circuito que les permite funcionar sin problemas incluso cuando el dispositivo experimenta fluctuaciones de energía. Sin embargo, es mucho más desafiante hacerlo con circuitos CNT.

Ahora, un equipo de Stanford ha desarrollado un proceso para crear chips flexibles que pueden tolerar fluctuaciones de energía de la misma manera que los circuitos de silicio.

"Esta es la primera vez que alguien ha diseñado circuitos CNT flexibles que tienen alta inmunidad al ruido eléctrico y bajo consumo de energía, "dijo Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en Stanford con un nombramiento de cortesía en Química y Ciencia e Ingeniería de Materiales.

El grupo informó sus hallazgos en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Huiliang (Evan) Wang, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Bao, y Peng Wei, un postdoctorado anterior en el laboratorio de Bao, fueron los autores principales del artículo. El equipo de Bao también incluía a Yi Cui, profesor asociado de ciencia de los materiales en Stanford, y Hye Ryoung Lee, un estudiante de posgrado en su laboratorio.

En principio, Los CNT deberían ser ideales para hacer circuitos electrónicos flexibles. Estos filamentos de carbono ultradelgados tienen la fuerza física para soportar el desgaste de la flexión, y la conductividad eléctrica para realizar cualquier tarea electrónica.

Pero hasta este trabajo reciente del equipo de Stanford, Los circuitos CNT flexibles no tenían la confiabilidad ni la eficiencia energética de los chips de silicio rígidos.

Esta es la razón. Tiempo extraordinario, Los ingenieros han descubierto que la electricidad puede viajar a través de semiconductores de dos formas diferentes. Puede saltar de un agujero positivo a otro positivo, o puede atravesar un montón de elementos electrónicos negativos como un collar de cuentas. El primer tipo de semiconductor se llama tipo P, el segundo se llama y tipo N.

Más importante, Los ingenieros descubrieron que los circuitos basados ​​en una combinación de transistores tipo P y tipo N funcionan de manera confiable incluso cuando ocurren fluctuaciones de energía. y también consumen mucha menos energía. Este tipo de circuito con transistores de tipo P y tipo N se denomina circuito complementario. Durante los últimos 50 años, los ingenieros se han convertido en expertos en crear esta combinación ideal de vías conductoras cambiando la estructura atómica del silicio mediante la adición de pequeñas cantidades de sustancias útiles, un proceso llamado "dopaje" que es conceptualmente similar a lo que hicieron miles de nuestros antepasados. de años atrás cuando removieron estaño en cobre fundido para crear bronce.

El desafío al que se enfrentó el equipo de Stanford fue que los CNT son predominantemente semiconductores de tipo P y no había una manera fácil de dopar estos filamentos de carbono para agregar características de tipo N.

El artículo de PNAS explica cómo los ingenieros de Stanford superaron este desafío. Trataron CNT con un dopante químico que desarrollaron conocido como DMBI, y utilizaron una impresora de inyección de tinta para depositar esta sustancia en lugares precisos del circuito.

Esta fue la primera vez que un circuito CNT flexible ha sido dopado para crear una mezcla P-N que puede funcionar de manera confiable a pesar de las fluctuaciones de energía y con un bajo consumo de energía.

El proceso de Stanford también tiene alguna aplicación potencial a los CNT rígidos. Aunque otros ingenieros han dopado previamente CNT rígidos para crear esta inmunidad al ruido eléctrico, el proceso de Stanford preciso y finamente sintonizado supera estos esfuerzos previos, sugiriendo que podría ser útil para circuitos CNT flexibles y rígidos.

Bao ha centrado su investigación en CNT flexibles, que compiten con otros materiales experimentales, como plásticos especialmente formulados, para convertirse en la base de la electrónica flexible, al igual que el silicio ha sido la base de la electrónica rígida.

Como material relativamente nuevo, Los CNT se están poniendo al día con los plásticos, que están más cerca del uso del mercado masivo para cosas como pantallas de visualización flexibles. El proceso de dopaje de Stanford acerca los CNT flexibles hacia la comercialización porque muestra cómo crear la mezcla P-N, y las consiguientes mejoras en fiabilidad y consumo de energía, ya presente en circuitos plásticos.

Aunque queda mucho por hacer para comercializar las CNT, Bao cree que estos filamentos de carbono son el futuro de la electrónica flexible, porque son lo suficientemente fuertes como para doblarse y estirarse, al mismo tiempo que es capaz de ofrecer un rendimiento más rápido que los circuitos de plástico.

"Los CNT ofrecen los mejores atributos físicos y electrónicos a largo plazo, "Dijo Bao.