Login
Main menu

Fleksibilna elektronika: Fleksibilni karbonski nanocijevni strujni krugovi pouzdaniji i štedljiviji

Inženjeri bi voljeli stvoriti fleksibilne elektroničke uređaje poput e-čitača koje bi mogli zamotati pa da stanu u džep. Jedan od pristupa je projektiranje sklopova koji se temelje na elektroničkim vlaknima, poznatijim kao ugljikove nanocjevčice (CNTs – carbon nanotubes), umjesto krutih silicijskih čipova.

fleksibilna-elektronikaVećina silicijskih čipova radi na tipu sklopova koji im omogućuje da besprijekorno funkcioniraju, čak i kad uređaj ima probleme sa napajanjem. Sa CNT sklopovima je međutim mnogo veći izazov postići istu pouzdanost, a koja je vrlo bitna.

Tim inženjera na Stanfordu razvio je proces za stvaranje fleksibilnih čipova koji mogu izdržati oscilacije napajanja na skoro isti način kao i silicijski strujni krugovi.

"Ovo je prvi put da je netko dizajnirao fleksibilne CNT krugove koji imaju i visoku otpornost na električni šum i nisku potrošnju energije", rekla je Zhenan Bao, profesorica kemijskog inženjerstva na Stanfordu.

Grupa je objavila svoj izum u časopisu "Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS". Huiliang (Evan) Wang, apsolvent u Bao-inom laboratoriju i Peng Wei doktor znanosti, nekadašnji suradnik u Bao-inom laboratoriju, glavni su autori izdanja. U Bao-in su tim također uključeni i Yi Cui, izvanredni profesor znanosti o materijalima sa Stanforda, te apsolvent Hye Ryoung Lee.
U principu CNT bi trebao biti idealan za stvaranje fleksibilnih elektroničkih sklopova. Ova ultra tanka karbonska vlakna imaju dovoljnu čvrstoču i otpornost na habanje i savijanje, te električnu vodljivost za obavljanje bilo kojeg elektroničkog zadatka.

 

Do ovog nedavnog rada tima sa Stanforda, fleksibilni CNT krugovi nisu imali pouzdanost ni energetsku učinkovitost poput krutih silicijskih čipova. Struja može putovati kroz poluvodiče na dva različita načina ili tipa (P-tip i N-tip).

Davno je otkriveno da spojevi koji se temelje na kombinaciji oba P i N - tipa tranzistora obavljaju zadaću pouzdano čak i kada dođe do fluktuacije napona, a i troše puno manje energije. Ova vrsta strujnog kruga s P i N - tipom tranzistora naziva se komplementarni spoj. Tijekom posljednjih 50 godina inženjeri su postali vješti u stvaranju ovih idealanih spojeva vodljivih staza promjenom atomske strukture silicija kroz dodatak sitnih količina primjesa - proces koji se zove "doping" koncepcijski slično onome što su naši preci učinili tisućama godina prije, kada su miješali kositar u rastopljeni bakar te stvoriti broncu – leguru bakra.

Izazov koji je zaokupio Stanford tim je taj da je CNT uglavnom P-tip poluvodiča i ne postoji jednostavan način da se dopiraju karbonska vlakna dodacima da bi se postigla karakteristika N-tipa.

Članak u PNAS-u govori o tome kako su Stanfordovi inženjeri savladali ovaj izazov. Tretirajući CNT kemijskim dopom razvili su novu supstancu DMBI, a potom su koristili inkjet pisač kako bi ovu tvar ubacili precizno na određena mjesta.

Po prvi put je postignuto na ovaj način da fleksibilni HNK krug dopiran tvori PN spoj koji može raditi pouzdano, unatoč fluktuacijama napona a i uz nisku potrošnju energije.

Proces Stanfordovog tima također ima potencijalnu primjenu i u krutim CNT-ovima. Iako su inženjeri prethodno dopirali krute CNT-ove da bi se stvorila otpornost na električne šumove, precizan i fino podešen Stanfordov proces nadilazi prethodna dostignuća, što sugerira da bi njihovo otkriće moglo biti korisno i za fleksibilne i krute CNT strujne krugove.

Bao je usmjerila svoje istraživanje na fleksibilni CNT, koji se istražuje zajedno sa drugim eksperimentalnim materijalima kao što su posebno formulirane elektroničke plastike, da bi se dobio temelj za savitljivu elektroniku baš kao što je silicij osnova krute elektronike.

Kao relativno novi materijal CNT se razvija usporedno sa plastikom koji su sve bliži masovnom tržištu savitljivih ekrana. Doping proces sa Stanforda približava fleksibilni CNT komercijalizaciji jer pokazuje kako stvoriti PN spoj, uz nastala poboljšanja u pouzdanosti i potrošnji energije, koja već postoje u plastičnim spojevima.
Iako je još mnogo posla kako bi se CNT komercijalizirao, Bao vjeruje da su karbonska vlakna budućnost fleksibilne elektronike, jer su vlakna dovoljno jaka da se savijaju i rastežu, a također su sposobana postići i brže performanse od plastičnih sklopova.

"CNT nudi najbolje dugoročne elektroničke i fizičke atribute" rekla je Bao.
Izvor: Stanford School of Engineering

Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osvježi