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美国研制纳米网电路 可造柔软电子产品(图)

普渡大学和伊利诺斯州大学研制的2张碳纳米管柔软电路

  【搜狐科学消息】 据美国每日科学网报道,在由碳纳米管网络制造晶体管方面,研究人员已经克服了重大障碍,从而使他们能在塑料片上打印电路,制造出各种柔软电子产品,从柔软显示屏和电子皮肤到整个飞机的涂层再到监视龟裂形成的监视器。

  这就是所谓的“纳米网(nanonet)”技术,是由无数碳纳米管随机重叠在一张鱼网似结构上形成的电路。由于导致短路的金属纳米容易污染此电路网络,因此这一电路常常被危急的缺陷折腾不已。

不过,将纳米网切成条状的此发现使得这一问题迎刃而解,从而避免出现短路问题。美国普渡大学电子与计算机工程学教授阿什拉夫·阿拉姆说:“这是制造纳米管电路的根本性突破。”

  美国伊利诺斯州大学研究人员主持此项实验室研究,负责打造此电路。而美国普渡大学的研究人员负责开发和使用仿真模拟和数学模型来设计此电路,并解释和分析数据。他们的研究成果发表在7月24日出版的《自然》杂志上。

  此纳米网是由微小的半导体圆筒制成,科学家叫它为“单个带壁的碳纳米管。”通常在加工碳纳米管时会不可避免地形成金属纳米管。之后,这些金属纳米管通过漫天的细丝连接在一起,最终伸展到此晶体管的直径那么长,从而导致短路。

  从事此项研究的伊利诺斯州大学的约翰·罗格斯说:“其他研究人员提议消除这些金属纳米管。相反在没有消除它们的情况下,我们发现了排除此金属纳米管效应的好办法。”

  阿拉姆表示,最终研究人员打造了包含有100多个晶体管的柔软电路,成为至今为止所生产出来的最大纳米网,这也是纳米网电路可行的首次证实。“我们为何不能开发纳米网技术没有根本性理由,如果你能制造出有100个晶体管的柔软电路,那你就能生产出1万个或以上晶体管的柔软电路。”此技术突破可以让研究人员利用碳纳米管晶体管来制造廉价的高性能、抗震的轻便型柔软电路。此纳米网技术的关键优势是能在低温下生产它,从而能使晶体管安在柔软的塑料片上,并在高温下融合到塑料中,从而生产出硅晶体管。

  此纳米网技术的潜在应用包括覆盖在飞机上的电子皮肤和自动监视器,以监视龟裂的形成,并向技术员报警,以防止空难发生。这种形状合身的电子产品不可能由传统的硅电路构成。科学家表示,传统的硅电路是在严格的晶片或玻璃板上生产的,都是平的,从而限制了它们的用途,因为大多数物体其实都不是平的。

  此外,柔软显示器可以集成到汽车挡风玻璃上,为司机提供信息。其它潜在应用还包括可显示文字和图片的“电子纸”、印在塑料板上的太阳能电池和可以卷起的电视屏幕。阿拉姆表示,制造商就像印刷报纸一样一卷卷地将电路印刷到塑料上。

  平板电视使用的传统电路包含由多晶硅或非晶硅材料生产的晶体管,它们不能用于柔软的产品上。而纳米网晶体管被很有希望地称为“宏电子产品”,因为它们最能适应大范围内的各种应用,阿拉姆表示,不过,此晶体管不太适合微型电子电路的需要,如电脑芯片上使用的微型电子电路。

  纳米管随机排列,并像微型针似地彼此重叠。如果纳米网的区域足够大,重叠的金属纳米管最终会形成漫天的细丝,横越整个晶体管,从而导致短路。但如果将纳米网切成一定的条状,金属纳米管的漫天路径就被切断,其细丝也被彼此分开,从而避免短路。

  在此晶体管中,金属纳米管大约占三分之一的纳米管。由于碳纳米管数量是金属纳米管的2倍,因此它们足够可以形成完整的电路。科学家通过数学模型和模拟结果精确地得知此条状要多大才能充分切断金属纳米管的路径但又能让碳纳米管形成完整的电路。科学家的未来研究将重点了解此碳纳米管电路的可靠性。(元元)

(责任编辑:赵里鹏)

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