Les ingénieurs aimeraient créer des appareils électroniques flexibles, comme des liseuses qui peuvent être pliées pour tenir dans une poche. Une approche qu'ils essaient consiste à concevoir des circuits à base de fibres électroniques, appelés nanotubes de carbone (CNT), au lieu de puces de silicium rigides.

Mais la fiabilité est essentielle. La plupart des puces en silicium sont basées sur un type de conception de circuit qui leur permet de fonctionner parfaitement même lorsque l'appareil subit des fluctuations de puissance. Cependant, il est beaucoup plus difficile de le faire avec des circuits CNT.

Maintenant, une équipe de Stanford a développé un processus pour créer des puces flexibles qui peuvent tolérer des fluctuations de puissance de la même manière que les circuits en silicium.

"C'est la première fois que quelqu'un conçoit des circuits CNT flexibles qui ont à la fois une haute immunité au bruit électrique et une faible consommation d'énergie, " dit Zhenan Bao, professeur de génie chimique à Stanford avec un rendez-vous de courtoisie en chimie et science et génie des matériaux.

Le groupe a fait part de ses conclusions dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Huiliang (Evan) Wang, un étudiant diplômé du laboratoire de Bao, et Peng Wei, un précédent postdoc dans le labo de Bao, étaient les principaux auteurs de l'article. L'équipe de Bao comprenait également Yi Cui, professeur agrégé de science des matériaux à Stanford, et Hye Ryoung Lee, un étudiant diplômé dans son laboratoire.

En principe, Les NTC devraient être idéaux pour fabriquer des circuits électroniques flexibles. Ces filaments de carbone ultra minces ont la résistance physique pour résister à l'usure de la flexion, et la conductivité électrique pour effectuer toute tâche électronique.

Mais jusqu'à ce récent travail de l'équipe de Stanford, les circuits CNT flexibles n'avaient pas la fiabilité et l'efficacité énergétique des puces de silicium rigides.

Voici la raison. Heures supplémentaires, les ingénieurs ont découvert que l'électricité peut voyager à travers les semi-conducteurs de deux manières différentes. Il peut sauter de trou positif en trou positif, ou il peut pousser à travers un tas d'électronique négative comme un collier de perles. Le premier type de semi-conducteur est appelé type P, le second est appelé et de type N.

Plus important encore, les ingénieurs ont découvert que les circuits basés sur une combinaison de transistors de type P et de type N fonctionnent de manière fiable même lorsque des fluctuations de puissance se produisent, et ils consomment également beaucoup moins d'énergie. Ce type de circuit avec des transistors de type P et de type N est appelé circuit complémentaire. Au cours des 50 dernières années, les ingénieurs sont devenus habiles à créer ce mélange idéal de voies conductrices en modifiant la structure atomique du silicium par l'ajout de quantités infimes de substances utiles - un processus appelé "dopage" qui est conceptuellement similaire à ce que nos ancêtres ont fait des milliers il y a des années quand ils ont mélangé de l'étain dans du cuivre fondu pour créer du bronze.

Le défi auquel l'équipe de Stanford était confrontée était que les NTC sont principalement des semi-conducteurs de type P et qu'il n'y avait pas de moyen facile de doper ces filaments de carbone pour ajouter des caractéristiques de type N.

L'article de PNAS explique comment les ingénieurs de Stanford ont surmonté ce défi. Ils ont traité les NTC avec un dopant chimique qu'ils ont développé connu sous le nom de DMBI, et ils ont utilisé une imprimante à jet d'encre pour déposer cette substance à des endroits précis sur le circuit.

C'était la première fois qu'un circuit CNT flexible était dopé pour créer un mélange P-N capable de fonctionner de manière fiable malgré les fluctuations de puissance et avec une faible consommation d'énergie.

Le procédé de Stanford a également une application potentielle aux NTC rigides. Bien que d'autres ingénieurs aient déjà dopé des NTC rigides pour créer cette immunité au bruit électrique, le processus Stanford précis et finement réglé exécute ces efforts préalables, suggérant qu'il pourrait être utile pour les circuits CNT flexibles et rigides.

Bao a concentré ses recherches sur les NTC flexibles, qui concurrencent d'autres matériaux expérimentaux, tels que les plastiques spécialement formulés, devenir la base de l'électronique pliable, tout comme le silicium a été la base de l'électronique rigide.

En tant que matériau relativement nouveau, Les CNT rattrapent les plastiques, qui sont plus proches du marché de masse pour des choses telles que les écrans d'affichage pliables. Le processus de dopage de Stanford rapproche les NTC flexibles de la commercialisation car il montre comment créer le mélange P-N, et les améliorations qui en résultent en termes de fiabilité et de consommation d'énergie, déjà présents dans les circuits plastiques.

Bien qu'il reste beaucoup de travail à faire pour commercialiser les NTC, Bao pense que ces filaments de carbone sont l'avenir de l'électronique flexible, parce qu'ils sont assez forts pour se plier et s'étirer, tout en étant également capable de fournir des performances plus rapides que les circuits en plastique.

"Les CNT offrent les meilleurs attributs électroniques et physiques à long terme, " dit Bao.