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斯坦福工程师改善柔性碳纳米管电路

时间：2021-09-24 08:27:13 来源：

斯坦福工程师已经开发了一种改进的过程，使柔性电路使用碳纳米管晶体管，这是一种为新一代可弯曲电子设备铺平道路的开发。斯坦福大学宝实验室

斯坦福大学的研究人员开发了一种使柔性碳纳米管电路更加可靠和高效的过程，为弯曲的数字设备铺平道路。

工程师们希望创建灵活的电子设备，例如可以折叠成适合口袋的电子阅读器。一种方法涉及基于电子纤维设计电路，称为碳纳米管（CNT），而不是刚性硅芯片。

但可靠性至关重要。大多数硅芯片都基于一种电路设计类型，即使当设备经历电力波动时，也允许它们完美地运行。然而，用CNT电路这样做是更具挑战性的。

但现在斯坦福国的一支球队制定了一个创造灵活芯片的过程，可以容忍与硅电路相同的方式的电力波动。

“这是第一次设计灵活的CNT电路，这对电噪声和低功耗具有高度免疫力，”斯坦福大学化学工程教授Zhenan Bao表示。

宝实验室报告了国家科学院诉讼中的调查结果。惠良（Evan）王，宝的实验室研究生，并在宝的实验室前一位邮政编码，彭威是纸的主要作者。宝的团队还包括斯坦福大学材料科学副教授的易翠，以及他实验室的研究生李金族。

原则上，CNT应该是制造柔性电子电路的理想选择。这些超薄的碳丝具有体力的力量，采取弯曲的磨损和导电性以执行任何电子任务。

但直到斯坦福球队最近的工作，灵活的CNT电路没有刚性硅芯片的可靠性和功率效率。

这是原因。随着时间的推移，工程师已经发现电力可以以两种不同的方式穿过半导体。它可以从正孔跳到正孔，或者它可以推过像串珠项链一样通过一堆负极电子。第一类型的半导体称为p型和第二型n型。

最重要的是，工程师发现即使当发生电力波动时，基于p型和n型晶体管的组合的电路也可靠地执行，并且它们也消耗更少的功率。这种具有P型和N型晶体管的电路称为互补电路。

在过去的50年里，工程师通过添加微量有用的物质来改变硅的原子结构来创造这种理想的导电途径的理想混合物 - 一种名为“兴奋”的过程，这些过程是概念性地依赖于我们的祖先的祖先多年前，当他们搅拌镀成熔融铜时，以产生青铜。

斯坦福大学团队面临的挑战是CNT主要是P型半导体，并且没有简单的方法来涂过这些碳丝以增加n型特性。

PNA纸介绍了斯坦福工程师如何克服这一挑战。他们用他们开发称为DMBI的化学掺杂剂处理CNT。它们使用喷墨打印机在电路上的精确位置存放这种物质。

这首先标记了任何柔性CNT电路都被掺杂以创建P-N混合物，尽管功率波动和低功耗，但尽管功耗低，可以可靠地运行。

斯坦福进程也对刚性CNT进行了一些潜在的应用。虽然其他工程师以前掺杂刚性CNT以产生这种免疫力，但精确和精细调整的斯坦福的流程出现了这些事先努力，这表明它可能对柔性和刚性CNT电路有用。

BAO将她的研究重点是柔性CNT，它与其他实验材料（如专门配制的塑料）竞争，成为可弯曲电子器件的基础，就像硅一直是刚性电子产品的基础一样。

作为一种相对较新的材料，CNT正在追赶到塑料，这对诸如可弯曲的显示屏进行较近的大众市场使用。斯坦福掺杂过程使柔性CNT更接近商业化，因为它展示了如何在塑料电路中出现的P-N混合物以及所产生的可靠性和功耗的改进。

虽然有很大的工作谎言使CNT商业公司留下来说，宝说，她认为这些碳丝是柔性电子产品的未来，因为它们足以弯曲和伸展，同时也能提供比塑料电路更快的性能。

“CNT提供了最佳的长期电子和物理属性，”宝说。

出版物：惠良Wanga等，“通过n型分子掺杂调节碳纳米管晶体管的阈值电压，进行鲁棒和柔性互补电路，2014年PNAS; DOI：10.1073 / pnas.1320045111

图像：斯坦福大学宝实验室


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