[導(dǎo)讀]一般的集成電路都是印在堅硬硅晶片上，但柔軟靈活的電路用途更廣。在電子產(chǎn)品無處不在的今天，柔韌性電子設(shè)備更符合大眾需求，但要找到性能優(yōu)良、成本低廉的材料，卻是一大難題。據(jù)物理學家組織網(wǎng)11月26日報道，最近
一般的集成電路都是印在堅硬硅晶片上，但柔軟靈活的電路用途更廣。在電子產(chǎn)品無處不在的今天，柔韌性電子設(shè)備更符合大眾需求，但要找到性能優(yōu)良、成本低廉的材料，卻是一大難題。據(jù)物理學家組織網(wǎng)11月26日報道，最近，美國賓夕法尼亞大學研究人員展示了一種硒化鎘納米晶體，能被“印”或“涂”在柔軟塑料上，制成多種性能優(yōu)良的電子設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。
論文指導(dǎo)教授謝理·卡甘介紹，目前便攜電腦及其他設(shè)備的顯示器上用的是非晶體硅，根據(jù)硒化鎘納米晶體的性能標準，其運載電子的速度比非晶體硅要快22倍。除了速度快，硒化鎘還有沉積溫度上的優(yōu)勢：非晶體硅所需的工藝要在幾百度的高溫下操作，而硒化鎘納米晶體可以在室溫下實現(xiàn)沉積和軟化，使其能采用更靈活的塑料底片。此外，研究人員還選用了特殊的配合基，也就是從納米晶體表面伸出來的化學鏈，能使電路被壓入膠片時，提高其電導(dǎo)率。
“雖然人們對硒化鎘電子傳輸?shù)难芯恳呀?jīng)很多，但此前還無法利用它們的優(yōu)良性能。”領(lǐng)導(dǎo)該研究的工程與應(yīng)用科學學院材料科學與工程系博士生戴維·金說，“我們研究中的創(chuàng)新是用了新的配合基，能很容易地轉(zhuǎn)移到柔韌塑料上，而其他配合基會讓塑料融化。”
納米晶體可分散在墨水狀的液體中，因此可用多種沉積技術(shù)來制作電路，研究人員所用的是一種旋轉(zhuǎn)噴涂法，通過離心力拉起表面的一層薄薄溶液。除此之外，通過浸漬、噴霧或噴墨打印的方式都可以。
制作工藝是先在柔軟塑料上用影版印上底層的電極圖案，劃出線路區(qū)，再用影版界定出上層導(dǎo)電區(qū)，用黃金連成電路。此外還需加入絕緣的氧化鋁層和30納米的納米晶體涂層，最后用影版沉積法在頂層做出電極，形成最終的電路。“制作復(fù)雜電路就像搭建多層建筑，黃金好比是樓梯，讓電子可以在樓層之間運動。”卡甘說。
研究人員利用這種工藝制作了一個變極器、一個放大器和一個環(huán)形振蕩器，并測試了納米晶體在這3種電路中的性能。該工程學院電氣與系統(tǒng)工程系博士生賴育明說：“變極器是構(gòu)建更復(fù)雜電路的基本器件；放大器能在模擬電路中放大信號；環(huán)形振蕩器能在數(shù)字電路的多階段傳播"開""關(guān)"信號?！?BR>
“這些電路的操作電壓都只有幾伏特，如果你想用電池來驅(qū)動便攜電子設(shè)備，它們必須是低壓的，否則就不管用?！笨ǜ收f，而這些鎘硒化納米晶體電路結(jié)合了柔韌性、相對簡單的制作工藝和低能耗的優(yōu)點，為生物醫(yī)學和安全應(yīng)用領(lǐng)域的新型設(shè)備、各種傳感器及其他方面的應(yīng)用鋪平了道路。
論文指導(dǎo)教授謝理·卡甘介紹，目前便攜電腦及其他設(shè)備的顯示器上用的是非晶體硅，根據(jù)硒化鎘納米晶體的性能標準，其運載電子的速度比非晶體硅要快22倍。除了速度快，硒化鎘還有沉積溫度上的優(yōu)勢：非晶體硅所需的工藝要在幾百度的高溫下操作，而硒化鎘納米晶體可以在室溫下實現(xiàn)沉積和軟化，使其能采用更靈活的塑料底片。此外，研究人員還選用了特殊的配合基，也就是從納米晶體表面伸出來的化學鏈，能使電路被壓入膠片時，提高其電導(dǎo)率。
“雖然人們對硒化鎘電子傳輸?shù)难芯恳呀?jīng)很多，但此前還無法利用它們的優(yōu)良性能。”領(lǐng)導(dǎo)該研究的工程與應(yīng)用科學學院材料科學與工程系博士生戴維·金說，“我們研究中的創(chuàng)新是用了新的配合基，能很容易地轉(zhuǎn)移到柔韌塑料上，而其他配合基會讓塑料融化。”
納米晶體可分散在墨水狀的液體中，因此可用多種沉積技術(shù)來制作電路，研究人員所用的是一種旋轉(zhuǎn)噴涂法，通過離心力拉起表面的一層薄薄溶液。除此之外，通過浸漬、噴霧或噴墨打印的方式都可以。
制作工藝是先在柔軟塑料上用影版印上底層的電極圖案，劃出線路區(qū)，再用影版界定出上層導(dǎo)電區(qū)，用黃金連成電路。此外還需加入絕緣的氧化鋁層和30納米的納米晶體涂層，最后用影版沉積法在頂層做出電極，形成最終的電路。“制作復(fù)雜電路就像搭建多層建筑，黃金好比是樓梯，讓電子可以在樓層之間運動。”卡甘說。
研究人員利用這種工藝制作了一個變極器、一個放大器和一個環(huán)形振蕩器，并測試了納米晶體在這3種電路中的性能。該工程學院電氣與系統(tǒng)工程系博士生賴育明說：“變極器是構(gòu)建更復(fù)雜電路的基本器件；放大器能在模擬電路中放大信號；環(huán)形振蕩器能在數(shù)字電路的多階段傳播"開""關(guān)"信號?！?BR>
“這些電路的操作電壓都只有幾伏特，如果你想用電池來驅(qū)動便攜電子設(shè)備，它們必須是低壓的，否則就不管用?！笨ǜ收f，而這些鎘硒化納米晶體電路結(jié)合了柔韌性、相對簡單的制作工藝和低能耗的優(yōu)點，為生物醫(yī)學和安全應(yīng)用領(lǐng)域的新型設(shè)備、各種傳感器及其他方面的應(yīng)用鋪平了道路。
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