柔性电子材料的未来

 

具有可折叠、可弯曲、柔性和超薄电子产品的未来正迅速进入我们的生活。据电子制造展小编的了解,这些消费品所使用的材料通常是导电的聚合物(塑料),为了更好地理解这一有前途的物质,小编还了解到美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家开发过一种技术,该技术使用光来快速而准确地测试材料的电导率 ,还可以解释其他方法无法解释的行为。现在,NIST团队已经证明了这种基于光的方法的进一步用途,该方法可用于揭示一种聚合物中从未见过的行为。

 

研究人员近日在“Journal of Physical Chemistry C” 上发表了他们的研究结果。这项工作是NIST对开发测量工具的研究的新贡献,该测量工具用于研究可弯曲生物传感器、手机和太阳能电池等各种电子传输中使用的新型材料。

 

NIST研究化学家,美国国家研究委员会(National Research Council)博士后研究员Tim Magnanelli说:“柔性显示器和智能手机的市场正在增长,使产品体积更小,更灵活,更容易批量生产。简化电导率测试过程对于只想知道的行业研究人员来说可能是非常有价值的”。

 

大多数消费类电器(例如笔记本电脑,甚至洗衣机中的计算单元)都基于硅技术。硅是控制电导通的良好材料,因为“电荷载流子”能够轻松地在硅晶体中移动。负载流子是电子,正载流子称为“空穴”,是缺少电子的地方。

 

尽管自19世纪以来就已经研究并广泛使用塑料,但是导电塑料才刚刚开始用于主流商业电子产品。它们在传导电流方面的效率往往不如硅,这意味着电荷载流子在材料内的移动通常较小。但是,塑料不仅在硅刚性的地方具有挠性,而且更轻,更可定制,并且通常更便宜且更容易制造。它们甚至可以是透明的。

 

测试材料导电性的典型方法是在其上焊接触点。但是,尽管接触良好地附着在硅上,但并非总是能够与聚合物建立良好的连接。即使连接良好,材料表面仍会存在缺陷,从而改变其测量的电导率。对每个样品施加接触也需要时间,从而延长了测试过程,并可能影响制造商将样品用作设备组件。

 

但是据电子制造展的了解,为了解决这些问题,在几年前,NIST研究化学家Ted Heilweil设计了一种快速的非接触式方法来测量依赖两种光的定向电导率。他使用可见光的超短脉冲在样品中产生电子和空穴,然后用偏振太赫兹(THz)辐射照亮了样品,该波长的波长比人眼所见要长得多,在远红外至微波范围内。

 

与可见光不同,太赫兹光甚至可以穿透不透明的材料,例如相对较厚的聚合物样品和固体半导体。多少光穿透样品取决于多少电荷载流子自由移动,表明其导电性。这种新方法还揭示了电荷是否更容易在特定方向上穿过材料。

 

电子制造展小编还了解到在新研究中,Heilweil和Magnanelli对两种导电聚合物使用了THz方法,这是因为它们是易于研究和比较的简单聚合物,因此被选中。被称为PCDTPT是相对较新的。它的链条由两个不同的分子组成,这些分子开头和结尾都是相连的,并像橡皮糖蠕虫上的颜色一样交替变化。链中的一个分子是“供体”,它吸收光并产生电荷载流子。另一个分子是“受体”,它吸引电荷载流子,使它们沿着链和样品周围运动。

 

在这项工作中测试的第二种聚合物称为P3HT,用于比较,因为已经对其进行了更彻底的研究。它仅包含一个重复分子,并且具有比PCDTPT更随机,更不规则的结构。与硅相比,PCDTPT的导电性降低了约三个数量级,而P3HT的导电性降低了约四个数量级。

 

Heilweil和Magnanelli开始是以纳米膜的形式对这两种物质进行了测试-本质上是薄而固体的样品。他们的目的是对比沿线与跨线进行检查时,对比PCDTPT膜的导电性能。然后,他们将这两个分子悬浮在不导电的液体中,阻止了它们之间的电子相互作用和通讯。正如先前实验所预期的那样,P3HT溶液没有显示出可测量的电导率。

 

但电子制造展小编认为,柔性电子材料的未来还是挺有发展空间的,如果你想要深入了解更多行业发展趋势,欢迎到电子制造展参观交流。

 

来源:网络