211service.com
Praktická nanotrubičková elektronika
Uhlíkové nanotrubice jsou slibným materiálem pro výrobu ovládacích obvodů displeje, protože jsou účinnější než křemík a lze je umístit na flexibilní povrchy. Až donedávna však byla výroba nanotrubiček na tranzistory náročným procesem. Nyní vědci z University of Southern California prokázali velká funkční pole tranzistorů vyrobených pomocí jednoduchých metod z dávek uhlíkových nanotrubic, které jsou relativně nečisté.
Pole nanotrubiček: Tato fotografie ukazuje třípalcový křemíkový plátek pokrytý řadou tranzistorů uhlíkových nanotrubiček. Ačkoli byly tyto tranzistory vyrobeny pomocí jednoduchých procesů při pokojové teplotě, jejich výkon je dostatečně dobrý na to, aby poháněl zobrazovací pixely.
Každý pixel na obrazovce počítače nebo televize, ať už je to LCD nebo plazma, je řízen několika tranzistory. V dnešních zařízeních jsou tyto tranzistory vyrobeny z křemíku. Pole těchto tranzistorů je třeba vyrábět při vysokých teplotách a ve vakuu, takže jsou velmi drahé, říká Chongwu Zhou , docent elektrotechniky na USC a výzkumník projektu nanotrubiček.
Tranzistory byly také vyrobeny z uhlíkových nanotrubiček, ale to také představuje výzvy. Mnoho lidí používá jednu nanotrubici k výrobě velmi malého, vysoce výkonného tranzistoru pro počítačové čipy, říká Zhou. Ale tento poměr jedna ku jedné nebude fungovat pro displeje, ve kterých musí být velká plocha pokryta tranzistory. Pokud použijeme jednu nanotrubici pro jeden tranzistor, výtěžnost nebude nikdy dostatečně vysoká, aby fungovala pro výrobu velkých obrazovek ve velkém měřítku, říká. Zhou věří, že jeho přístup tento problém vyřeší výrobou větších tranzistorů z rohoží nanotrubiček.
Vědci z USC vyrábějí velká pole tranzistorů z uhlíkových nanotrubiček pomocí technik zpracování roztoku při pokojové teplotě. Začnou tím, že se křemíkový plátek umístí do chemické lázně, aby se jeho povrch pokryl chemickou látkou přitahující nanotrubičky, pak se zbytek opláchne. Ošetřený plátek se následně ponoří do roztoku polovodivých uhlíkových nanotrubiček, které se přitahují k jeho povrchu. Oplatka, nyní potažená kobercem nanotrubiček, se znovu opláchne. Aby vědci z této zamotané směsi vyrobili tranzistory, položili na vybraná místa kovové elektrody. Elektrody definují, kde se každý tranzistor nachází, a přenášejí elektrony do az nanotrubic, které leží mezi nimi. Oblasti křemíku pod každým zařízením fungují jako brány tranzistorů. Doposud postavili prototyp zařízení na čtyřpalcovém křemíkovém plátku a použili jej k ovládání jednoduchého displeje s organickými diodami vyzařujícími světlo. Tato práce je popsána online v časopise Nano dopisy .
Jiní výzkumníci vyrobili tranzistory z nanotrubicových koberců pomocí zpracování v roztoku, ale tyto projekty začaly ze směsí vodivých a polovodičových nanotrubic, což vedlo k velmi špatnému výkonu. A koncem minulého roku výzkumníci z IBM a Northwestern University použili vysoce čištěné polovodičové nanotrubice k výrobě výkonnějších tranzistorových polí, ve kterých jsou všechny nanotrubičky seřazeny v téměř rovných liniích, což zlepšuje jejich elektrické vlastnosti.
Význam práce USC je v tom, že ukazuje, že pole vyrobená pouze z 95 procent polovodičových nanotrubiček, které nejsou zarovnány, mají stále dost dobrý výkon pro displeje, říká Zhou.
Je to poprvé, co někdo ukázal čištěné polovodičové trubice nanesené v roztoku pro vysoce kvalitní tranzistory, říká John Rogers , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois v Urbana-Champaign. Úspěch spočívá v integraci několika slibných přístupů k demonstraci úplné sekvence výroby elektroniky.
Nyní, když jeho skupina prokázala proveditelnost těchto technik, Zhou říká, že pracuje na vybudování skutečně integrovaného organického LED displeje, který je flexibilní a transparentní. Takový displej může být srolován, aby se vešel do kapsy, nebo namontován na čelní sklo automobilu, aby zobrazoval informace řidiči. Prvním krokem je odstranění tuhého křemíku. Protože nanotrubice mohou být položeny při pokojové teplotě, vědci USC je mohou postavit na elektricky aktivních plastových fóliích, které nesnesou vysoké teploty. Pracují také na nahrazení tuhých kovových elektrod povlakem z oxidu india a cínu, což je běžně používaný flexibilní, transparentní elektrodový materiál. V jejich prototypu jsou organické LED pixely připojeny k tranzistorovému poli dráty; k jejich integraci budou muset přijít s metodami, jak postavit LED diody na řídicí obvod.
Zhou říká, že mluví s zobrazovacími společnostmi o komercializaci těchto metod. Korejský displejový gigant LG projevil zájem o elektroniku uhlíkových nanotrubic a výzkumníci IBM na toto téma publikovali. Jedinou společností, která zatím přichází s elektronickým produktem z nanotrubiček, je startup Menlo Park, CA Unidym , která z materiálu vyrábí elektrody.
Výzkumníci v této oblasti mluví o nanotrubicových displejích už roky a zdržování, říká Mark Hersam Northwestern University, byl nedostatek dostatečně velké zásoby polovodičových uhlíkových nanotrubic. V roce 2006 profesor materiálové vědy Hersam vyvinul jednoduchou metodu čištění nanotrubic na základě jejich vlastností odstředěním v mýdlovém roztoku. Poté založil společnost, tzv NanoIntegris , která dodává polovodičové nanotrubice skupinám včetně Zhou's a výzkumného týmu v IBM. Nově založená společnost v Číně a jedna v Japonsku také dodávají polovodičové nanotrubice potřebné pro výrobu tranzistorových polí pro ovládání displejů.
S touto nabídkou, říká Hersam, je jen otázkou času, než společnost přijde s produktem, ať už je vyroben pomocí metody, jako je Zhou's, nebo nějakou jinou metodou. Jsem přesvědčen, že v dohledné době bude k dispozici řada produktů, říká Hersam. Jde o to přejít od prototypování na trh.