Os engenheiros de materiais da Universidade de Wisconsin-Madison deram um salto significativo em direção à criação de eletrônicos de alto desempenho com maior vida útil da bateria - e a capacidade de flexionar e esticar.

Liderado pelo professor associado de ciência dos materiais Michael Arnold e pelo professor Padma Gopalan, a equipe relatou os transistores de nanotubos de carbono de melhor desempenho já demonstrados. Além de pavimentar o caminho para produtos eletrônicos de consumo aprimorados, esta tecnologia também pode ter usos específicos em aplicações industriais e militares.

Em artigo publicado recentemente na revista ACS Nano , Arnold, Gopalan e seus alunos relataram transistores com uma relação liga-desliga de 1, 000 vezes melhor e uma condutância que é 100 vezes melhor do que os transistores de nanotubos de carbono de última geração anteriores.

"Os nanotubos de carbono são muito fortes e muito flexíveis, para que também possam ser usados ​​para fazer telas flexíveis e eletrônicos que podem esticar e dobrar, permitindo que você integre eletrônicos em novos lugares, como roupas, "diz Arnold." O avanço permite novos tipos de eletrônicos que não são possíveis com os materiais mais frágeis que os fabricantes estão usando atualmente. "

Nanotubos de carbono são folhas atômicas únicas de carbono enroladas em um tubo. Como alguns dos melhores condutores elétricos já descobertos, nanotubos de carbono há muito são reconhecidos como um material promissor para transistores de próxima geração, que são dispositivos semicondutores que podem atuar como um interruptor liga-desliga para corrente ou amplificar a corrente. Isso forma a base de um dispositivo eletrônico.

Contudo, pesquisadores têm lutado para isolar nanotubos de carbono puramente semicondutores, que são cruciais, porque as impurezas de nanotubos metálicos agem como fios de cobre e causam um "curto" no dispositivo. Os pesquisadores também têm lutado para controlar o posicionamento e o alinhamento dos nanotubos. Até agora, esses dois desafios limitaram o desenvolvimento de transistores de nanotubos de carbono de alto desempenho.

Com base em mais de duas décadas de pesquisa de nanotubos de carbono no campo, a equipe da UW-Madison utilizou tecnologias de ponta que usam polímeros para separar seletivamente os nanotubos semicondutores, alcançar uma solução de nanotubos de carbono semicondutores de ultra-alta pureza.

Técnicas anteriores para alinhar os nanotubos resultaram em densidade de empacotamento inferior à desejável, ou quão próximos os nanotubos estão uns dos outros quando eles são montados em um filme. Contudo, os pesquisadores da UW-Madison foram os pioneiros em uma nova técnica, chamada de automontagem evaporativa flutuante, ou FESA, que eles descreveram no início de 2014 no jornal ACS Langmuir . Nessa técnica, pesquisadores exploraram um fenômeno de automontagem desencadeado pela evaporação rápida de uma solução de nanotubo de carbono.

O avanço mais recente da equipe também aproxima o campo da realização de transistores de nanotubos de carbono como um substituto viável para transistores de silício em chips de computador e em dispositivos de comunicação de alta frequência, que estão se aproximando rapidamente de seu dimensionamento físico e limites de desempenho.

"Esta não é uma melhoria incremental no desempenho, "Diz Arnold." Com esses resultados, realmente demos um salto nos transistores de nanotubos de carbono. Nossos transistores de nanotubos de carbono são uma ordem de magnitude melhores em condutância do que as melhores tecnologias de transistores de filme fino atualmente sendo usadas comercialmente, enquanto ainda ligam e desligam como um transistor deveria funcionar. "

Os pesquisadores patentearam sua tecnologia por meio da Wisconsin Alumni Research Foundation e começaram a trabalhar com empresas para acelerar a transferência de tecnologia para a indústria.