Matrices flexibles de CNT-grafito transferidas a la superficie de una hoja viva y a la superficie de un escarabajo ciervo. Los sensores se pueden usar para detectar agentes de guerra química o monitorear las condiciones ambientales. Crédito:Lee, et al. © 2014 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —La electrónica basada en carbono se está explorando ampliamente debido a sus atractivas propiedades eléctricas y mecánicas, pero sintetizarlos en grandes cantidades a bajo costo sigue siendo un desafío.
Ahora en un nuevo estudio, Los investigadores han desarrollado un nuevo método para sintetizar dispositivos electrónicos completamente integrados de carbono, incluyendo transistores, electrodos, interconexiones, y sensores, en un solo paso, simplificando enormemente su formación. Los dispositivos electrónicos económicos se pueden conectar a una amplia variedad de superficies, incluyendo plantas, insectos papel, ropa, y piel humana.
Los investigadores, Kyongsoo Lee, et al., en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en la Ciudad Metropolitana de Ulsan, Corea del Sur, y el Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea en Changwon, Corea del Sur, han publicado un artículo sobre el nuevo método de síntesis en un número reciente de Nano letras .
El nuevo enfoque aprovecha las geometrías atómicas únicas del carbono para sintetizar matrices completas de dispositivos electrónicos, específicamente transistores de nanotubos de carbono, sensores de nanotubos de carbono, y electrodos de grafito.
"Nuestros dispositivos de carbono (transistores y sensores) están compuestos de (i) nanotubos de carbono (como canales) y (ii) grafito (como electrodos), "coautor de Jang-Ung Park, Profesor asistente en UNIST, dicho Phys.org . "La parte del canal requiere materiales semiconductores cuya resistencia se puede controlar sensiblemente por polarización externa. La parte del electrodo necesita materiales metálicos cuya resistencia es muy pequeña con el cambio insignificante por polarización externa".
Como explicó Park, las diferentes propiedades de los nanotubos y el grafito se deben a sus diferentes estructuras de enlace.
(a) La matriz de sensores de CNT-grafito (izquierda) sobre una superficie sólida y (derecha) flotando en el agua. (b) Fotografías de la matriz de sensores transferidas a una uña, una mascarilla de partículas, una manga protectora para el brazo, una cinta adhesiva, y una hoja de periódico. Barras de escala:1 cm. Crédito:Lee, et al. © 2014 Sociedad Química Estadounidense
"Tanto los nanotubos de carbono como el grafito son carbono, ", dijo." Dependiendo de la estructura de enlace del carbono, los nanotubos de carbono pueden exhibir propiedades semiconductoras y el grafito puede presentar propiedades metálicas. Diseñamos múltiples catalizadores para sintetizar los nanotubos de carbono y el grafito localmente con las estructuras deseadas de los dispositivos electrónicos. De este modo, los dispositivos totalmente de carbono se pueden sintetizar ".
Los dispositivos resultantes demuestran un buen rendimiento, con los transistores funcionando con una alta relación de encendido y apagado superior a 10 3 . Para demostrar la flexibilidad de los dispositivos, los investigadores transfirieron los sensores directamente a la superficie curva de una fibra óptica con un radio de 100 µm, donde los sensores continuaron funcionando normalmente.
Los dispositivos electrónicos también se pueden integrar en varias superficies a través de las fuerzas de van der Waals. Por ejemplo, después de mojar los transistores y sensores, los investigadores demostraron que pueden adherirse a la hoja de una planta de bambú viva y a la epidermis de un escarabajo ciervo vivo. Los investigadores también demostraron que los sensores podrían colocarse en la superficie de una uña, una mascarilla de partículas, una manga protectora para el brazo, cinta adhesiva, y periódico.
La aplicación generalizada de la electrónica totalmente de carbono en entornos al aire libre podría ser útil por una variedad de razones. Aquí los investigadores muestran que los sensores pueden detectar niveles muy bajos de vapor de DMMP, que se utiliza para producir agentes nerviosos como el soma y el sarín. Los sensores también podrían usarse para monitorear las condiciones ambientales, incluida la temperatura, humedad, polución, e infecciones. Todo esto se puede hacer sin una fuente de alimentación incorporada.
"Integramos antenas con nuestros dispositivos, "Park dijo". el transporte inalámbrico de energía y señales de detección fue posible sin batería ".
Debido a su buena adherencia a las superficies no planas de los biomateriales, la electrónica totalmente de carbono tiene el potencial de usarse como dispositivos bioimplantables, así como. Los investigadores planean seguir explorando las posibles aplicaciones en el futuro.
"En este papel, acabamos de demostrar la detección del gas nervioso utilizando los dispositivos biocompatibles, ", Dijo Park." Como nuestra investigación futura, Desarrollaremos varios sistemas de detección, incluida la diabetes, contaminaciones y radiactividad, utilizando los dispositivos electrónicos portátiles ".
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