Kauçuk Yarı İletken: Gerilebilir elektronik cihazları ticarileştirmeye bir adım daha yaklaştırın!
Kılavuz
Yakın zamanda, Houston Üniversitesi, gerilebilir kauçuk yarı iletkenler yaratmada önemli ilerleme kaydetti ve gerilebilir elektronik cihazları ticarileştirmeye bir adım daha yaklaştırdı.
arka fon
Geleneksel elektronik ürünler ve elektronik devreler bize "sert" bir his verecektir. Diğer bir deyişle, "serttirler" ve bükülemez, katlanamaz, bükülemez, sıkıştırılamaz veya gerilemezler. Bu sadece uygulama potansiyelini sınırlamakla kalmaz, aynı zamanda kullanıcı deneyimini de etkiler. Örneğin, insan cildi yumuşaktır ve insanlar bu sert elektronik ürünleri giyerken doğal olarak biraz rahatsızlık hissedeceklerdir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Son yıllarda, disiplinler arası gelişen bir alan olarak esnek elektronik, gelecekteki elektronik ürünlerin geliştirilmesinde yeni bir trend haline geliyor. Geleneksel sert elektronik ürünlerden farklı olarak esnek elektronik ürünler, belirli bir deformasyon aralığı (bükme, katlama, burulma, sıkıştırma ve germe) koşullarında normal olarak çalışabilir. Esnek elektronikler, tıbbi cihazlar, robotlar, ekranlar, sensörler, giyilebilir cihazlar, iletişim cihazları, depolama ve elektronik cilt alanlarında geniş uygulama olanaklarına sahiptir.
Esnek dokunmatik sensör (resim kaynağı: British Columbia Üniversitesi)
Esnek ultrasonik yama (resim kaynağı: Hongjie Hu)
Esnek grafen NFC anteni (resim kaynağı: Graphene Flagship)
Esnek ekran (resim kaynağı: Tohoku Üniversitesi, Japonya)
Bununla birlikte, gerilebilir esnek elektronik cihazları gerçekleştirmeye yönelik mevcut yöntemler, karmaşık işlemler, zayıf yapısal güvenilirlik ve yüksek üretim maliyetleri gibi dezavantajlara sahiptir.
Yukarıdaki sorunlara yanıt olarak, Houston Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Cunjiang Yu'nun araştırma grubu, 2017 yılında önemli bir bilimsel ilerleme kaydetti. Yeni tip kauçuk yarı iletken ve iletken malzemeler geliştirdiler ve bu malzemeleri tamamen kauçuk transistörler, sensörler ve robot dış görünümleri yapmak için kullandılar.
(Resim kaynağı: Houston Üniversitesi)
(Resim kaynağı: Houston Üniversitesi)
Günümüzde kauçuk, lastikler, eldivenler, ayakkabılar, cep telefonu kılıfları gibi üretimimizin ve hayatımızın her alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Kauçuğun en önemli özelliği esnekliği olmasına rağmen, genellikle bir yalıtkandır, bu nedenle kauçuğu yarı iletkenler ile birleştirmeyi hayal etmemiz zordur, ancak Profesör Yu'nun araştırma grubu bu alanda cesur yenilikler yaptı.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Profesör Yu'nun araştırma grubu, 2017 araştırma sonuçlarına göre yeni ilerleme kaydetti. Uzatılabilir elektronik cihazlarda başka bir büyük gelişme bildirerek, alanı ticarileştirmeye bir adım daha yaklaştırdılar.
(Resim kaynağı: Houston Üniversitesi)
1 Şubat'ta "Science Advances" dergisinde yayınlanan bir makalede, tamamen kauçuk malzemelere dayalı entegre elektronik cihazlar dahil olmak üzere gerilebilir kauçuk yarı iletkenlerin yaratılmasında önemli ilerlemeleri özetlediler. Mantık devreleri ve sıralı dokunsal algılama derisi.
Kauçuk transistör dizisi (resim kaynağı: referans [2])
Kauçuk mantık geçidi (resim kaynağı: referans [2])
Tamamen kauçuk dokunsal kaplama (resim kaynağı: referans [2])
teknoloji
Profesör Yu, bu araştırmanın bu kavramı bir adım öteye taşıdığını ve daha yüksek taşıyıcı mobilitesi ve entegre elektronik cihazlar getirdiğini söyledi.
Araştırmacılar şunları yazdı: "Yüksek verimli taşıyıcı hareketliliğe sahip bir kauçuk yarı iletkenden yapılmış tamamen kauçuk entegre bir elektronik cihaz bildiriyoruz. Metal karbon nanotüplerin organik yarı iletken nanofiber infiltre kauçuk yarı iletkenlere dahil edilmesiyle yapıldı. Taşıyıcı hareketliliğinin iyileştirilmesi, yüksek hızlı yollar sağlayarak, böylece taşıyıcıların taşıma mesafesini kısaltarak elde edilir. "
Aşağıdaki şekil şunları göstermektedir: m-CNT katkılı P3HT-NFs / PDMS'ye dayalı, yüksek verimli taşıyıcı hareketliliğine sahip gerilebilir bir kauçuk transistör.
(Resim kaynağı: referans [2])
Taşıyıcı hareketliliği veya elektronların bir malzemeden geçme hızı, yarı iletken transistörlerin akımı yükseltme yeteneğini belirlediği için elektronik cihazların başarılı çalışması için kritik öneme sahiptir.
Daha önce, gerilebilir yarı iletkenler düşük taşıyıcı hareketliliğine ve karmaşık üretim gereksinimlerine maruz kalıyordu. Bu çalışmada araştırmacılar, polidimetilsiloksan kompozit (P3HT) kauçuk yarı iletkenine az miktarda karbon nanotüp eklenmesinin taşıyıcı hareketliliğini artırmak için yararlı olduğunu buldular. Profesör Yu'nun tanımladığı gibi, yarı iletkenlerde taşıyıcıların taşınmasını hızlandıran bir "otoyol" sağlar.
değer
Profesör Yu, bu araştırmanın robotik deriler, implante edilebilir biyoelektronik cihazlar ve insan-makine arayüzleri gibi akıllı cihazlarda önemli gelişmelere yol açacağını söyledi.
gelecek
Profesör Yu, gelecekteki araştırmaların, entegre devrelerin, biyotıp ve diğer uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için taşıyıcı hareketliliğini daha da geliştirmeyi ve daha karmaşık, katmanlı ve son derece entegre dijital devreler oluşturmayı içerdiğini söyledi.
Anahtar kelime
Entegre devreler, robotlar, esnek elektroniklerReferans
[1]
2 Kyoseung Sim, Zhoulyu Rao, Hae-Jin Kim, Anish Thukral, Hyunseok Shim ve Cunjiang Yu. Yüksek etkili hareket kabiliyetine sahip, doğası gereği gerilebilir yarı iletkenlerden tamamen lastik gibi entegre elektronikler . Science Advances, 2019 DOI: 10.1126 / sciadv.aav5749
