p (PhysOrg.com) - A impressão de circuitos eletrônicos em painéis traseiros que são flexíveis e extensíveis promete revolucionar uma série de setores e tornar os "dispositivos inteligentes" quase onipresentes. Entre as aplicações que foram imaginadas estão os blocos eletrônicos que poderiam ser dobrados como papel, revestimentos que podem monitorar as superfícies em busca de rachaduras e outras falhas estruturais, curativos médicos que podem tratar infecções e embalagens de alimentos que podem detectar deterioração. De células solares a marca-passos e roupas, a lista de aplicativos inteligentes para os chamados "eletrônicos de plástico" é flexível e extensível. Primeiro, Contudo, backplanes adequados devem ser produzidos em massa de uma forma econômica. p Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do DOE (Berkeley Lab) desenvolveram uma nova técnica promissora e barata para a fabricação de backplanes flexíveis e extensíveis em grande escala usando soluções de nanotubos de carbono enriquecidas com semicondutores que geram redes de transistores de filme fino com excelentes propriedades elétricas, incluindo uma mobilidade do portador de carga que é dramaticamente maior do que a de contrapartes orgânicas. Para demonstrar a utilidade de seus painéis traseiros de nanotubos de carbono, os pesquisadores construíram uma pele eletrônica artificial (e-skin) capaz de detectar e responder ao toque.

p "Com nossa tecnologia de processamento baseada em soluções, nós produzimos backplanes de matriz ativa mecanicamente flexíveis e extensíveis, com base em matrizes totalmente passivadas e altamente uniformes de transistores de filme fino feitos de nanotubos de carbono de parede única que cobrem uniformemente áreas de aproximadamente 56 centímetros quadrados, "diz Ali Javey, um professor cientista na Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e um professor de engenharia elétrica e ciência da computação na Universidade da Califórnia (UC) em Berkeley. "Esta tecnologia, em combinação com impressão a jato de tinta de contatos de metal, deve fornecer fabricação sem litografia de eletrônicos flexíveis e extensíveis de baixo custo no futuro. "

p Javey é o autor correspondente de um artigo na revista Nano Letras que descreve este trabalho intitulado "Backplanes de matriz ativa de nanotubos de carbono para eletrônicos e sensores conformados". Os co-autores deste artigo foram Toshitake Takahashi, Kuniharu Takei, Andrew Gillies e Ronald Fearing.

p Com a demanda por eletrônicos de plástico tão alta, a pesquisa e o desenvolvimento nessa área têm sido intensos na última década. Nanotubos de carbono de parede única (SWNTs) surgiram como um dos principais materiais semicondutores concorrentes para eletrônicos plásticos, principalmente porque eles apresentam alta mobilidade para elétrons - uma medida de quão rápido um semicondutor conduz eletricidade. Contudo, Os SWNTs podem assumir a forma de um semicondutor ou metal e uma solução SWNT típica consiste em dois terços de tubos semicondutores e um terço de tubos metálicos. Esta mistura produz redes de nanotubos que exibem baixas relações de corrente liga / desliga, o que representa um grande problema para as aplicações eletrônicas, como explica o autor principal do artigo da NanoLetters, Takahashi.

p "Uma relação de corrente liga / desliga tão alta quanto possível é essencial para reduzir a interrupção de pixels em um estado desligado, "diz ele." Por exemplo, com nosso dispositivo e-skin, quando estamos mapeando a pressão, queremos obter o sinal apenas do pixel no estado em que a pressão é aplicada. Em outras palavras, queremos minimizar a corrente tão pequena quanto possível dos outros pixels que deveriam estar desligados. Para isso, precisamos de uma alta proporção de corrente liga / desliga. "

p Para fazer seus backplanes, Javey, Takahashi e seus co-autores usaram uma solução SWNT enriquecida com tubos semicondutores de 99 por cento. Esta solução altamente purificada forneceu aos pesquisadores uma alta relação liga / desliga (aproximadamente 100) para seus backplanes. Trabalhando com um substrato fino de polimida, uma

p polímero de alta resistência com flexibilidade superior, eles cortaram a laser um padrão de favo de mel de orifícios hexagonais que tornaram o substrato extensível também. Os furos foram cortados com um passo fixo de 3,3 milímetros e um comprimento de lado do furo variado que variou de 1,0 a 1,85 milímetros.

p "O grau em que o substrato pode ser esticado aumentou de 0 a 60 por cento conforme o comprimento lateral dos orifícios hexagonais aumentou para 1,85 mm, "Takahashi diz." No futuro, os graus de extensibilidade e direcionalidade devem ser ajustáveis ​​alterando o tamanho do orifício ou otimizando o desenho da malha. "

p Os backplanes foram completados com a deposição sobre os substratos de camadas de óxidos de silício e alumínio seguidos dos SWNTs enriquecidos com semicondutores. Os backplanes de transistor de filme fino SWNT resultantes foram usados ​​para criar e-skin para mapeamento de pressão espacial. O e-skin consistia em uma matriz de 96 pixels de sensor, medindo 24 centímetros quadrados de área, com cada pixel sendo ativamente controlado por um único transistor de filme fino. Para demonstrar o mapeamento de pressão, um peso em forma de L foi colocado no topo da matriz do sensor e-skin com a pressão normal de aproximadamente 15 quilo Pascal (313 libras por pé quadrado).

p “No regime de operação linear, a sensibilidade do sensor medida refletiu uma melhoria de três vezes em comparação com os sensores e-skin baseados em nanofios anteriores relatados no ano passado por nosso grupo, "Takahashi diz." Essa sensibilidade aprimorada foi resultado do desempenho aprimorado do dispositivo dos backplanes do SWNT. No futuro, devemos ser capazes de expandir nossa tecnologia de backplane adicionando vários sensores e / ou outros componentes de dispositivos ativos para habilitar peles artificiais multifuncionais. Além disso, o painel traseiro do SWNT pode ser usado para visores flexíveis. "