p (Phys.org) - Circuitos eletrônicos são normalmente integrados em pastilhas de silício rígidas, mas a flexibilidade abre uma ampla gama de aplicações. Em um mundo onde a eletrônica está se tornando mais difundida, flexibilidade é uma característica altamente desejável, mas encontrar materiais com a combinação certa de desempenho e custo de fabricação continua sendo um desafio. p Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Pensilvânia mostrou que as partículas em nanoescala, ou nanocristais, do seleneto de cádmio semicondutor pode ser "impresso" ou "revestido" em plásticos flexíveis para formar eletrônicos de alto desempenho.

p A pesquisa foi liderada por David Kim, um aluno de doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn; Yuming Lai, Doutoranda do Departamento de Engenharia Elétrica e de Sistemas da Escola de Engenharia; e a professora Cherie Kagan, que tem compromissos em ambos os departamentos, bem como no Departamento de Química da Escola de Artes e Ciências. Benjamin Diroll, um estudante de doutorado em química, e Penn Integrates Knowledge Professor Christopher Murray de Ciência de Materiais e de Química também colaborou na pesquisa.

p Seu trabalho foi publicado na revista Nature Communications .

p "Temos uma referência de desempenho em silício amorfo, que é o material que executa a tela do seu laptop, entre outros dispositivos, "Kagan disse." Aqui, mostramos que esses dispositivos nanocristais de seleneto de cádmio podem mover elétrons 22 vezes mais rápido do que no silício amorfo. "

p Além da velocidade, outra vantagem dos nanocristais de seleneto de cádmio sobre o silício amorfo é a temperatura na qual são depositados. Considerando que o silício amorfo usa um processo que opera em várias centenas de graus, os nanocristais de seleneto de cádmio podem ser depositados em temperatura ambiente e recozidos em temperaturas amenas, abrindo a possibilidade de usar fundações de plástico mais flexíveis.

p Outra inovação que permitiu aos pesquisadores usar plástico flexível foi a escolha de ligantes, as cadeias químicas que se estendem das superfícies dos nanocristais e ajudam a facilitar a condutividade à medida que são empacotados juntos em um filme.

p "Tem havido muitos estudos de transporte de elétrons sobre seleneto de cádmio, mas, até recentemente, não tínhamos conseguido obter um bom desempenho deles, "Kim disse." O novo aspecto de nossa pesquisa foi que usamos ligantes que podemos traduzir facilmente no plástico flexível; outros ligantes são tão cáusticos que o plástico realmente derrete. "

p Como os nanocristais são dispersos em um líquido semelhante a tinta, vários tipos de técnicas de deposição podem ser usados ​​para fazer circuitos. Em seu estudo, os pesquisadores usaram spincoating, onde a força centrífuga puxa uma fina camada da solução sobre a superfície, mas os nanocristais podem ser aplicados por imersão, pulverização ou impressão a jato de tinta também.

p Em uma folha de plástico flexível, uma camada inferior de eletrodos foi modelada usando uma máscara de sombra - essencialmente um estêncil - para marcar um nível do circuito. Os pesquisadores então usaram o estêncil para definir pequenas regiões de ouro condutor para fazer as conexões elétricas aos níveis superiores que formariam o circuito. Uma camada isolante de óxido de alumínio foi introduzida e uma camada de nanocristais de 30 nanômetros foi revestida da solução. Finalmente, eletrodos no nível superior foram depositados através de máscaras de sombra para formar os circuitos.

p "Os circuitos mais complexos são como edifícios com vários andares, "Kagan disse." O ouro atua como escadas que os elétrons podem usar para viajar entre esses andares.

p Usando este processo, os pesquisadores construíram três tipos de circuitos para testar o desempenho dos nanocristais para aplicações de circuito:um inversor, um amplificador e um oscilador de anel.

p "Um inversor é o bloco de construção fundamental para circuitos mais complexos, "Lai disse." Também podemos mostrar amplificadores, que amplificam a amplitude do sinal em circuitos analógicos, e osciladores de anel, em que os sinais 'ligado' e 'desligado' estão se propagando adequadamente por vários estágios em circuitos digitais. "

p "E todos esses circuitos operam com alguns volts, "Kagan disse." Se você quer eletrônicos para dispositivos portáteis que vão funcionar com baterias, eles têm que operar em baixa tensão ou não serão úteis. "

p Com a combinação de flexibilidade, processos de fabricação relativamente simples e baixos requisitos de energia, esses circuitos de nanocristais de seleneto de cádmio podem abrir caminho para novos tipos de dispositivos e sensores penetrantes, que podem ter aplicações biomédicas ou de segurança.

p “Essa pesquisa também abre a possibilidade de usar outros tipos de nanocristais, como mostramos, o aspecto dos materiais não é mais uma limitação, "Kim disse.