塑膠的未來

朝著更廉價、更靈活電子產品的邁進仍在繼續

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有機半導體材料永遠無法取代您計算機中的矽晶片,但現在它們正逐漸應用於從柔性顯示器到低成本射頻識別標籤等領域,而矽晶片並不適合這些應用。 過去一年見證了特定器件開發和對材料基本物理特性理解方面的進步。

在器件方面,保羅·W·M·布洛姆和他的學生羅納德·C·G·納伯(荷蘭格羅寧根大學)及其合作者開發出一種由物理上堅韌的聚合物製成的廉價非易失性儲存晶片。 該器件的工作元件是一個場效應電晶體,其中包含一層鐵電聚合物,可以透過電壓脈衝在兩種狀態之間切換。 以前已經研究過類似的結構,但格羅寧根器件是第一個結合了多種理想特性的器件,包括斷電後資料保持時間長和程式設計時間短(將資料寫入電晶體僅需毫秒級時間)。 此外,該器件可以透過從液體溶液中沉積電晶體的各個層來製造,包括最重要的鐵電層。 因此,使用低成本技術(如旋塗或印刷)進行大規模工業生產應該是可行的。 這項工作是與飛利浦研究埃因霍溫(荷蘭)的研究人員合作完成的。

對於塑膠電子產品的未來而言,至關重要的是要充分理解電流如何在器件中流動。 大多數有機半導體器件都存在大量材料缺陷,這些缺陷主導著移動電荷的行為,並掩蓋了理解材料固有特性的努力。 2004年8月,由伊利諾伊大學的約翰·A·羅傑斯和羅格斯大學的邁克爾·E·格申森領導的研究小組報告了在揭示這些效應方面取得的重大進展。 該小組透過氣相沉積製造出極其純淨且無缺陷的紅熒烯晶體。(紅熒烯由四個苯環組成鏈狀結構,另外四個單獨連線作為側基,像兩對翅膀。) 他們分別以“印章”的形式構建電極,並將其壓在紅熒烯上以形成電晶體。 這種技術避免了電極製作過程對紅熒烯的損壞。 對電晶體特性的測量表明,有機物中電荷的流動速度比矽慢得多,主要是因為電荷會使柔性有機晶格發生扭曲,然後拖著這些扭曲一起移動。


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塞繆爾·I·斯圖普和他在西北大學的同事們採用了一種不同的技術來減少有機材料中的缺陷和無序。 他們使用了一種稱為亞苯基亞乙烯基的短鏈狀分子,在一端連線一個防水分子,在另一端連線一個吸水分子。 然後,他們將分子的水基溶液倒在玻璃上,分子在玻璃上自組裝成有序的層。

這種緊密堆積且有序的薄膜比更典型的無序聚合物具有兩個優點:電荷在材料中流動效率更高,並且當用作光源時(亞苯基亞乙烯基廣泛用於製造有機發光二極體),該材料的熒光猝滅缺陷更少。 該小組計劃用這種材料製造發光二極體和太陽能電池。 不久之後,這些各種新發現將應用於商業器件的設計中。

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