(Phys.org) – Det har gjorts en hel del forskning på sistone om flexibel elektronik, men än så länge använder dessa enheter (som mestadels är gjorda av kol) fortfarande metallelektroder och oxidisolatorer, och dessa styva material begränsar anordningens flexibilitet. Vissa polymerer och joniska vätskor har introducerats som flexibla alternativ, men har dålig prestanda när det gäller höga driftsspänningar och låga driftshastigheter, respektive.

I en ny studie, forskare har för första gången utvecklat integrerade kretsar som helt består av flexibla kolbaserade material, och kan formas till olika former med samma formningstekniker som används för att forma plastprodukter. Utvecklingen kan tillåta elektroniska kretsar att enkelt integreras i en mängd olika plastprodukter, inklusive allt från medicintekniska produkter till plastprodukter i hemmet.

"Plastfodral till smarta telefoner och surfplattor, som bara skyddar de elektroniska enheterna inuti, kommer att ha elektroniska funktioner som displayer, beröringssensorer, och så vidare, göra smarta telefoner mer funktionella och fashionabla, Yutaka Ohno från Nagoya University i Japan och Aalto University i Finland berättade Phys.org . "Genom att integrera andra funktioner som displayer och sensorer i plastenheter, vi funderar på att utveckla interaktiva 3D-enheter för informationskommunikation, som kan användas i medicinska miljöer, till exempel."

Å nej, tillsammans med Dong-Ming Sun från Nagoya University och deras medförfattare, har publicerat en artikel om de formbara integrerade kretsarna helt i kol i ett nyligen numret av Naturkommunikation .

"Nyckelpunkten i vår design är att enheterna helt i kol är gjorda av kolnanorör och polymerer, och de uppvisar bättre flexibilitet och töjbarhet jämfört med enheter tillverkade av styva metaller och oxidisolatorer, gör enheterna mycket mer flexibla och elastiska, "Sun sa. "Resultaten av denna studie gör det möjligt att uppnå en fusion av elektroniska enheter med plastprodukter, vilket kan leda till skapandet av elektroniska plastenheter som har både designbarhet och funktionalitet."

De nya kretsarna är sammansatta av olika typer av kolmaterial, med de aktiva kanalerna och de passiva elementen som består av kolnanorör, och de dielektriska skikten och substraten som består av plastpolymererna polymetylmetakrylat (PMMA) och polyetylennaftalat (PEN), respektive.

Till skillnad från de polymerer och joniska vätskor som tidigare har prövats som material för flexibla dielektrika, PMMA som forskarna använde här kan göra det möjligt för transistorer och integrerade kretsar att fungera vid låga spänningar och höga hastigheter. Den låga driftspänningen kan delvis förklaras av den sparsamma, nätverksliknande kolnanorör tunn film som används som kanaler, vilket förbättrar kopplingen mellan kanalen och grindelektroden jämfört med att använda tjocka polymerer som kanaler.

Tidigare, forskarna tillverkade framgångsrikt en tunnfilmstransistor med en rörlighet över 600 cm ² V ^-1 s ^-1 genom att utveckla en teknik för att bilda en lång, ändå ren, nanorörsfilm av kol på plast. I den nya studien, forskarna gjorde ytterligare framsteg med optimeringen av den filmbildande tekniken, uppnå en rörlighet på 1, 027 cm ² V ^-1 s ^-1 . Denna rörlighet är högre än för en MOSFET, som använder monokristallint kisel, och forskarna beskriver det som ett häpnadsväckande värde för en tunnfilmstransistor tillverkad på ett plastsubstrat.

Eftersom dessa helt kol-enheter är gjorda av kolnanorör och polymerer, de uppvisar bättre flexibilitet och töjbarhet jämfört med enheter tillverkade av styva metaller och oxidisolatorer. Den kanske mest användbara egenskapen hos kretsarna i helt kol är deras formbarhet, vilket forskarna demonstrerade genom att värma och blåsa ett plant substrat för att bilda en kupolformad struktur. 3D-kupolen sträcks under denna formningsprocess utan att spricka, i skarp kontrast till styva material som metaller. Den extrema töjbarheten hos både de passiva och aktiva delarna av enheterna kan göra att de kan formas med samma formningstekniker som används idag för att forma plastprodukter.

För att skala upp enheterna, forskarna noterar att det kommer att vara viktigt att odla kolnanorör med en enhetlig längd och diameter för att minimera strömvariation. Att eliminera metalliska nanorör kan också erbjuda ytterligare prestandaförbättringar. De hoppas också kunna använda andra tillverkningsmetoder än de litografiska metoder de använde här.

"Det är önskvärt att bilda kolnanorörskanaler och ledningar vid atmosfärstryck och låg temperatur med högkapacitetstrycktekniker snarare än nuvarande litografiska tekniker, " sa Sun.

© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.