塑料的未来

朝着更廉价、更灵活电子产品的迈进仍在继续

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有机半导体材料永远无法取代您计算机中的硅芯片,但现在它们正逐渐应用于从柔性显示器到低成本射频识别标签等领域,而硅芯片并不适合这些应用。 过去一年见证了特定器件开发和对材料基本物理特性理解方面的进步。

在器件方面,保罗·W·M·布洛姆和他的学生罗纳德·C·G·纳伯(荷兰格罗宁根大学)及其合作者开发出一种由物理上坚韧的聚合物制成的廉价非易失性存储芯片。 该器件的工作元件是一个场效应晶体管,其中包含一层铁电聚合物,可以通过电压脉冲在两种状态之间切换。 以前已经研究过类似的结构,但格罗宁根器件是第一个结合了多种理想特性的器件,包括断电后数据保持时间长和编程时间短(将数据写入晶体管仅需毫秒级时间)。 此外,该器件可以通过从液体溶液中沉积晶体管的各个层来制造,包括最重要的铁电层。 因此,使用低成本技术(如旋涂或印刷)进行大规模工业生产应该是可行的。 这项工作是与飞利浦研究埃因霍温(荷兰)的研究人员合作完成的。

对于塑料电子产品的未来而言,至关重要的是要充分理解电流如何在器件中流动。 大多数有机半导体器件都存在大量材料缺陷,这些缺陷主导着移动电荷的行为,并掩盖了理解材料固有特性的努力。 2004年8月,由伊利诺伊大学的约翰·A·罗杰斯和罗格斯大学的迈克尔·E·格申森领导的研究小组报告了在揭示这些效应方面取得的重大进展。 该小组通过气相沉积制造出极其纯净且无缺陷的红荧烯晶体。(红荧烯由四个苯环组成链状结构,另外四个单独连接作为侧基,像两对翅膀。) 他们分别以“印章”的形式构建电极,并将其压在红荧烯上以形成晶体管。 这种技术避免了电极制作过程对红荧烯的损坏。 对晶体管特性的测量表明,有机物中电荷的流动速度比硅慢得多,主要是因为电荷会使柔性有机晶格发生扭曲,然后拖着这些扭曲一起移动。


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塞缪尔·I·斯图普和他在西北大学的同事们采用了一种不同的技术来减少有机材料中的缺陷和无序。 他们使用了一种称为亚苯基亚乙烯基的短链状分子,在一端连接一个防水分子,在另一端连接一个吸水分子。 然后,他们将分子的水基溶液倒在玻璃上,分子在玻璃上自组装成有序的层。

这种紧密堆积且有序的薄膜比更典型的无序聚合物具有两个优点:电荷在材料中流动效率更高,并且当用作光源时(亚苯基亚乙烯基广泛用于制造有机发光二极管),该材料的荧光猝灭缺陷更少。 该小组计划用这种材料制造发光二极管和太阳能电池。 不久之后,这些各种新发现将应用于商业器件的设计中。

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