Revolutionäre fadenbasierte Transistoren ebnen Weg für flexible Elektronik

Tufts University, Medford, Massachusetts

Ein Transistor wurde aus Leinenfaden hergestellt, was die Erstellung elektronischer Geräte ermöglicht, die vollständig aus dünnen Fäden bestehen, die in Stoff gewebt, auf der Haut getragen oder chirurgisch implantiert werden können für diagnostisches Monitoring. Die flexiblen elektronischen Geräte könnten eine Reihe von Anwendungen ermöglichen, die sich verschiedenen Formen anpassen und freie Bewegung erlauben, ohne die Funktion zu kompromittieren.

In fadenbasierten Transistoren tragen kohlenstoffnanoröhren-beschichtete Fäden elektrischen Strom zwischen Source (S) und Drain (D) Drähten in Response zu an der Gate-Leitung (G) gespannter Spannung. (Tufts University)

Die fadenbasierten Transistoren (TBTs) können in rein-fadenbasierte Logikschaltungen und integrierte Schaltungen umgewandelt werden. Die Schaltungen ersetzen das letzte verbleibende starre Komponente vieler aktueller flexibler Geräte und, wenn kombiniert mit fadenbasierten Sensoren, ermöglichen die Erstellung komplett flexibler, multiplexer Geräte.

Die meisten flexiblen Elektroniken pattern Metalle und Halbleiter in biegbare Strukturen oder nutzen intrinsisch flexible Materialien wie leitende Polymere. Im Vergleich zu Elektronik basierend auf Polymeren und anderen flexiblen Materialien haben fadenbasierte Elektronik größere Flexibilität, Materialvielfalt und die Fähigkeit, ohne Cleanrooms hergestellt zu werden. Die fadenbasierte Elektronik kann diagnostische Geräte umfassen, die extrem dünn, weich und flexibel genug sind, um sich nahtlos mit den biologischen Geweben zu integrieren, die sie messen.

Herstellung eines TBT

Die Herstellung eines TBT involviert Beschichten eines Leinenfadens mit Kohlenstoffnanoröhren, was eine Halbleiteroberfläche schafft, durch die Elektronen reisen können. Am Faden befestigt sind zwei dünne Golddrähte – eine „Source“ für Elektronen und ein „Drain“, wo die Elektronen ausfließen (in manchen Konfigurationen können Elektronen in die andere Richtung fließen). Ein dritter Draht, genannt Gate, ist an Material um den Faden angebracht, sodass kleine Spannungsänderungen durch den Gate-Draht einen großen Stromfluss durch den Faden zwischen Source und Drain erlauben – das Grundprinzip eines Transistors.

Ein elektrolythaltiges Gel wird als das Material um den Faden und verbunden mit dem Gate-Draht genutzt. Das Gel besteht aus Silica-Nanopartikeln, die sich in eine Netzwerkstruktur selbst-assemblieren. Das Elektrolytgel (oder Ionogel) kann durch Dip-Coating oder schnelles Abwischen auf den Faden deponiert werden. Im Gegensatz zu den festkörperbasierten Oxiden oder Polymeren, die als Gate-Material in klassischen Transistoren genutzt werden, ist das Ionogel resilient unter Dehnung oder Biegung.

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