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设备和结构

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基于碳的墨水制作第一晶体管

14 May 2021 IsabelleDumé.
可回收印刷晶体管
第一个完全可回收的印刷晶体管的3D渲染。信誉:杜克大学

电子废物是一个越来越严重的问题,尤其是因为很难回收构成大部分消费电子设备的基于硅的组件。美国杜克大学的研究人员现在已经通过创建由碳基“油墨”制成的第一个完全可回收的晶体管来解决这一点,这些晶体管可以在纸上或另一个环保基板上印刷。虽然这些设备不太可能在很快替换他们的硅表兄弟,但它们可以进入专业应用,例如环境传感器或生物医学传感贴片。

含有碳的电子设备可以是制造可打印的可回收设备的理想选择。半导体碳纳米管(卷起的碳)和导电石墨烯(一片碳仅一个原子厚)是制造这些组分的良好候选物。另一种基于碳基化合物纤维素以前已经用作基板和电介质,并且具有天然可生物降解和地球上最丰富的聚合物的优点。

然而,全碳印刷电子器件很少,因为可以在解决方案中处理的基于碳基电介质 - 印刷装置的先决条件。虽然纤维素纸可以用作高功率变压器的电介质,但是结晶纳米纤维素通常用作粘合剂或者与具有高介电常数的另一材料一起使用,而不是作为独立可印刷电介质的另一种材料。

全碳晶体管

使其全碳晶体管, 杜克队 由...领着 亚伦富兰克林 使用从木纤维提取的结晶纳米纤维作为电介质将所有这些成分加入。作为半导体的碳纳米管;和石墨烯作为导体。在从这三个组件制造墨水之后,研究人员显示它们可以使用在室温下使用称为气溶胶喷射印刷的技术直接将它们打印到纸基质上。通过将盐(氯化钠)加入电介质,它们的电流为87μA/ mm的装置和132 mV / DEC的亚阈值摆动,其值允许晶体管用于各种应用中。

该团队表明,它们的晶体管可以通过将它们浸入一系列超声浴中,然后将其离心所得溶液来回收。它们恢复了超过95%效率的CNT和石墨烯,然后重新利用材料重印新晶体管。纳米纤维素,其天然可生物降解,也可以再循环,如纸基材。

纳米纤维素墨水击中了现场

富兰克林指出,纳米纤维素已被用来制造可回收包装多年。然而,虽然其作为电子产品中的绝缘体的潜在应用得到了广泛的理解,但没有人在以前则讨论如何在可打印的墨水中使用它。

展示这种完全可回收的印刷晶体管是,他补充说,迈向使用该技术制作简单的商业设备的第一步。早期设备的两种可能性包括环境传感器(测量建筑物的能耗,例如,用于监测医疗条件的定制生物传感贴片。事实上,研究人员,他们的工作细节 自然电子产品,已经进行了完全印刷的纸制生物传感器,用于从晶体管中传感乳液。

研究人员希望他们的成果将增加对材料和电子研究领域的兴趣,这些研究专注于可回收性和新颖的制造技术,如印刷。 “我们现在计划进一步改进这些印刷电子产品的油墨配方和结果性能,减少对过程中的苛刻化学品的依赖,并研究这些设备的各种应用,”富兰克林告诉 物理世界.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者