(Phys.org) —Kolbaserad elektronik utforskas flitigt på grund av deras attraktiva elektriska och mekaniska egenskaper, men att syntetisera dem i stora mängder till låg kostnad är fortfarande en utmaning.

Nu i en ny studie, Forskare har utvecklat en ny metod för att syntetisera hela integrerade elektroniska enheter i helt kol, inklusive transistorer, elektroder, sammankopplingar, och sensorer, i ett enda steg, avsevärt förenkla deras bildande. De billiga elektroniska enheterna kan sedan fästas på en mängd olika ytor, inklusive växter, insekter, papper, kläder, och mänsklig hud.

Forskarna, Kyongsoo Lee, et al., vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Ulsan Metropolitan City, Sydkorea, och Korea Electrotechnology Research Institute i Changwon, Sydkorea, har publicerat en artikel om den nya syntesmetoden i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Det nya tillvägagångssättet drar fördel av kolets unika atomgeometrier för att syntetisera hela uppsättningar av elektroniska enheter, specifikt kolnanorörstransistorer, kolnanorörssensorer, och grafitelektroder.

"Våra enheter i helt kol (transistorer och sensorer) är sammansatta av (i) kolnanorör (som kanaler) och (ii) grafit (som elektroder), " medförfattare Jang-Ung Park, biträdande professor vid UNIST, berättade Phys.org . "Kanaldelen kräver halvledande material vars resistans kan kontrolleras känsligt av extern förspänning. Elektroddelen behöver metalliska material vars resistans är mycket liten med den försumbara förändringen av extern förspänning."

Som Park förklarade, de olika egenskaperna hos nanorören och grafiten beror på deras olika bindningsstrukturer.

"Både kolnanorören och grafit är kol, " sa han. "Beroende på bindningsstrukturen för kol, kolnanorören kan uppvisa halvledande egenskaper och grafiten kan uppvisa metalliska egenskaper. Vi designade flera katalysatorer för att syntetisera kolnanorören och grafiten lokalt med de önskade strukturerna hos elektroniska enheter. På det här sättet, enheterna helt i kol kan syntetiseras."

De resulterande enheterna visar bra prestanda, med transistorerna som arbetar med ett högt på/av-förhållande som överstiger 10 ³ . För att demonstrera flexibiliteten hos enheterna, forskarna överförde sensorerna direkt till den krökta ytan av en optisk fiber med en radie på 100 µm, där sensorerna fortsatte att fungera normalt.

De elektroniska enheterna kan också integreras på olika ytor via van der Waals krafter. Till exempel, efter att ha blött transistorerna och sensorerna, forskarna visade att de kan fästas på bladet på en levande bambuväxt och på epidermis på en levande hjortbagge. Forskarna visade också att sensorerna kunde monteras på ytorna av en nagel, en partikelmask, en skyddande arm ärm, tejp, och tidning.

Den utbredda tillämpningen av elektronik helt i kol i utomhusmiljöer kan vara användbar av en mängd olika anledningar. Här visar forskarna att sensorerna kan upptäcka mycket låga nivåer av DMMP-ånga, som används för att producera nervämnen som soma och sarin. Sensorerna kan också användas för att övervaka miljöförhållanden, inklusive temperatur, fuktighet, förorening, och infektioner. Allt detta kan göras utan en inbyggd strömkälla.

"Vi integrerade antenner med våra enheter, " sa Park. "Så, den trådlösa transporten av ström och avkänningssignaler var möjlig utan batteri."

På grund av deras goda vidhäftning till de icke plana ytorna av biomaterial, elektroniken helt i kol har potential att användas som bioimplanterbara enheter, också. Forskarna planerar att ytterligare utforska de potentiella tillämpningarna i framtiden.

"I det här pappret, vi demonstrerade just upptäckten av nervgasen med hjälp av biokompatibla enheter, " sade Park. "Som vår framtida forskning, vi kommer att utveckla olika avkänningssystem, inklusive diabetes, föroreningar och radioaktivitet, använder de bärbara elektroniska enheterna."

© 2014 Phys.org