Réseaux flexibles de CNT-graphite transférés sur la surface d'une feuille vivante et la surface d'un coléoptère. Les capteurs peuvent être utilisés pour détecter des agents de guerre chimique ou surveiller les conditions environnementales. Crédit :Lee, et al. ©2014 Société chimique américaine
(Phys.org) — L'électronique à base de carbone est largement explorée en raison de ses propriétés électriques et mécaniques attrayantes, mais les synthétiser en grande quantité à faible coût reste un défi.
Maintenant dans une nouvelle étude, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour synthétiser des dispositifs électroniques entièrement intégrés tout carbone, y compris les transistors, électrodes, interconnexions, et capteurs, en une seule étape, simplifiant grandement leur formation. Les appareils électroniques bon marché peuvent alors être fixés sur une grande variété de surfaces, y compris les plantes, insectes, papier, vêtements, et la peau humaine.
Les chercheurs, Kyongsoo Lee, et al., à l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan (UNIST) dans la ville métropolitaine d'Ulsan, Corée du Sud, et le Korea Electrotechnology Research Institute à Changwon, Corée du Sud, ont publié un article sur la nouvelle méthode de synthèse dans un récent numéro de Lettres nano .
La nouvelle approche tire parti des géométries atomiques uniques du carbone pour synthétiser des réseaux entiers de dispositifs électroniques, spécifiquement des transistors à nanotubes de carbone, capteurs de nanotubes de carbone, et électrodes en graphite.
"Nos dispositifs tout carbone (transistors et capteurs) sont composés (i) de nanotubes de carbone (en tant que canaux) et (ii) de graphite (en tant qu'électrodes), " co-auteur Jang-Ung Park, Maître de Conférences à l'UNIST, Raconté Phys.org . "La partie canal nécessite des matériaux semi-conducteurs dont la résistance peut être contrôlée de manière sensible par une polarisation externe. La partie électrode a besoin de matériaux métalliques dont la résistance est très faible avec le changement négligeable par la polarisation externe."
Comme Park l'a expliqué, les propriétés différentes des nanotubes et du graphite sont dues à leurs structures de liaison différentes.
(a) Le réseau de capteurs CNT-graphite (à gauche) sur une surface solide et (à droite) flottant sur l'eau. (b) Photographies du réseau de capteurs transférées sur un ongle, un masque à particules, une manchette de protection, un ruban adhésif, et une feuille de journal. Barres d'échelle :1 cm. Crédit :Lee, et al. ©2014 Société chimique américaine
"Les nanotubes de carbone et le graphite sont tous deux du carbone, " dit-il. " Selon la structure de liaison du carbone, les nanotubes de carbone peuvent présenter des propriétés semi-conductrices et le graphite peut présenter des propriétés métalliques. Nous avons conçu plusieurs catalyseurs pour synthétiser localement les nanotubes de carbone et le graphite avec les structures souhaitées des appareils électroniques. De cette façon, les dispositifs tout en carbone peuvent être synthétisés."
Les appareils résultants démontrent de bonnes performances, avec les transistors fonctionnant avec un rapport marche-arrêt élevé supérieur à 10 3 . Pour démontrer la flexibilité des appareils, les chercheurs ont transféré les capteurs directement sur la surface courbe d'une fibre optique d'un rayon de 100 µm, où les capteurs ont continué à fonctionner normalement.
Les appareils électroniques peuvent également être intégrés sur diverses surfaces via les forces de van der Waals. Par exemple, après avoir mouillé les transistors et les capteurs, les chercheurs ont montré qu'ils peuvent être attachés à la feuille d'un bambou vivant et à l'épiderme d'un coléoptère vivant. Les chercheurs ont également démontré que les capteurs pouvaient être installés sur la surface d'un ongle, un masque à particules, une manchette de protection, ruban adhésif, et journal.
L'application généralisée de l'électronique tout carbone dans les environnements extérieurs pourrait être utile pour diverses raisons. Ici, les chercheurs montrent que les capteurs peuvent détecter de très faibles niveaux de vapeur de DMMP, qui est utilisé pour produire des agents neurotoxiques tels que le soma et le sarin. Les capteurs pourraient également être utilisés pour surveiller les conditions environnementales, y compris la température, humidité, la pollution, et les infections. Tout cela peut être fait sans source d'alimentation embarquée.
"Nous avons intégré des antennes à nos appareils, " Park dit. " Ainsi, le transport sans fil de l'énergie et des signaux de détection était possible sans batterie."
En raison de leur bonne adhérence aux surfaces non planes des biomatériaux, l'électronique tout carbone a le potentiel d'être utilisée comme dispositifs bioimplantables, également. Les chercheurs prévoient d'explorer davantage les applications potentielles à l'avenir.
"Dans ce document, nous venons de démontrer la détection du gaz neurotoxique à l'aide des appareils biocompatibles, " Park a dit. " Comme nos recherches futures, nous développerons divers systèmes de détection, dont le diabète, pollutions et radioactivité, en utilisant les appareils électroniques portables."
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