Напечатанные устройства на базе графена
 Изображение надписи, "напечатанной" с помощью новых чернил на базе графена. Изображение получено при помощи сканирующего электронного микроскопа. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Гибкие электронные устройства в будущем могут полностью изменить нашу жизнь. Технологии производства гибких электронных устройств открывают массу новых практических приложений, лишь малую часть из которых мы на сегодняшний день можем увидеть своими глазами. Среди уже созданных устройств нельзя не упомянуть электронную бумагу, гибкие сенсорные экраны, структуры, заменяющие человеческую кожу, «умную» одежду и электронные тепловизоры, напоминающие глаза.
Один из распространенных способов производства гибких электронных устройств – так называемая струйная печать специальными чернилами. Одним из главных преимуществ данного метода является ограниченное количество этапов обработки устройства, т.е. сокращение времени его производства. Принцип струйной печати – один из лучших способов создания больших объемов пластиковой электроники, включая различные компоненты, такие как транзисторы, фотоэлектрические устройства, органические светодиоды и дисплеи.
На сегодняшний день проверенным и хорошо протестированным способом печати тонкопленочных транзисторов на основе органических и полупроводниковых чернил является так называемая струйная печать высокого разрешения Drop-On-Demand (DOD). К сожалению, устройства, изготовленные при помощи этой технологии, проигрывают по своим характеристикам в сравнении с компонентами, созданными стандартными кремниевыми методиками. Исследовательские группы по всему миру в течение долгого времени пытались исправить их характеристики с помощью применения специальных чернил на основе оксида цинка и углеродных нанотрубок. Но подобные чернила не устойчивы по отношению к классическим растворителям, что требует применения химически модифицированных растворителей. Их характеристики со временем ухудшаются, кроме того, «напечатанные» металлические наночастицы со временем окисляются.
Но группа ученых из University of Cambridge (Великобритания) нашла решение этой проблемы, предложив собственный вариант высокотехнологичных чернил на базе графена, согласующиеся с существующими техниками струйной печати.
Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. Известно, что этот материал обладает уникальными механическими и электронными свойствами. В частности, электроны в графене обладают высокой подвижностью, что позволяет создавать компоненты с маленьким сопротивлением.
При производстве чернил группа ученых отшелушивала кристаллы графита в специальном растворителе в течение нескольких часов, после чего субстанция обрабатывалась ультразвуком. После обработки чернила фильтровались, чтобы удалить кристаллические фрагменты более 1 мкм в диаметре, которые могли бы засорить сопла принтера. Полученные чернила, по словам ученых, могут использоваться для печати гибких электронных компонент на различных поверхностях, в том числе диоксиде кремния или кварце.
Исследователи считают, что устройства, напечатанные с помощью новых чернил, обладают лучшими характеристиками, чем производившиеся ранее (при помощи старых методов) гибкие электронные компоненты. Единственная характеристика графеновых транзисторов, уступающая кремниевым аналогам, – это отношение тока во включенном и в выключенном состоянии.
В ближайшее время ученые надеются оптимизировать параметры своих чернил, чтобы приблизить момент создания на их основе первых полезных устройств.
Также по теме:
- Графен позволит создавать гибко настраиваемые устройства, работающие на терагерцовых частотах
- Микроскопические техники позволяют выявить дефекты графена
Источники: