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Circuiti stampabili più veloci
I circuiti organici sono economici, flessibili e stampabili. Ma a differenza dei circuiti inorganici, che richiedono solo silicio, i circuiti organici ad alte prestazioni sono generalmente realizzati con due materiali diversi che devono essere accuratamente modellati. Ora i ricercatori hanno realizzato un polimero che svolge la funzione di entrambi i materiali. Eliminando la necessità di due materiali, hanno reso questi circuiti più facili da fabbricare. I ricercatori hanno utilizzato il nuovo polimero per realizzare alcuni dei circuiti organici più veloci finora riportati e il processo potrebbe essere utile anche per le celle solari.
Circuito veloce: Un circuito realizzato con un nuovo polimero semiconduttore viene testato in laboratorio.
Per eseguire le operazioni logiche che eseguono computer, telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici senza consumare troppa energia, i transistor devono avere regioni alternate che conducono cariche negative e positive. Ma fino a poco tempo fa, i chimici avevano prodotto solo polimeri che conducevano cariche positive o negative. Per ricavarne dei circuiti, questi polimeri devono essere accuratamente allineati tra loro. Quando si hanno due materiali che richiedono processi di modellazione complessi, si perde o si riduce il vantaggio in termini di costi e la semplicità dell'elettronica organica, afferma Sansone Jenekhe , professore di chimica all'Università di Washington a Seattle.
L'obiettivo finale è avere un materiale in grado di trasportare elettroni e lacune, o cariche positive, afferma Jenekhe. Lui e altri hanno lavorato per realizzare un tale materiale, chiamato polimero ambipolare, per alcuni anni. In passato, si trattava in gran parte di tentativi ed errori, afferma Jenekhe. Ora lui e Mark Watson , professore associato di chimica presso l'Università del Kentucky a Lexington, hanno determinato che tipo di strutture funzionano bene in tali polimeri. Il nuovo materiale e le sue prestazioni sono descritte nella rivista Materiale avanzato .
Il nuovo polimero è costituito da due unità alternate, una che conduce gli elettroni e l'altra che conduce le lacune. Non è il primo polimero in grado di farlo. Ma gli elettroni e le lacune si muovono molto più velocemente attraverso il nuovo materiale rispetto a quelli che sono stati creati in passato. Questo è importante, perché la velocità con cui le cariche si muovono attraverso un semiconduttore determina la velocità del circuito.
Il gruppo di Jenekhe ha utilizzato i polimeri per realizzare singoli transistor e circuiti. Hanno messo il polimero in una soluzione, lo hanno lasciato cadere su un substrato modellato con contatti elettrici, e poi lo hanno trasformato in una pellicola sottile usando un processo chiamato spin coating. Jenekhe afferma che, poiché il polimero è solubile in acqua, i getti d'inchiostro potrebbero essere utilizzati anche per stampare i circuiti. Le prestazioni dei circuiti polimerici ambipolari erano paragonabili o migliori di quelle realizzate con due polimeri.
Uno dei dispositivi realizzati dal gruppo di Jenekhe si chiama inverter. Gli inverter sono gli elementi costitutivi di base dei circuiti integrati, afferma Zhenan Bao , professore associato di ingegneria chimica presso la Stanford University, che non era coinvolto nella ricerca. Altri gruppi hanno dimostrato inverter con polimeri ambipolari, ma il polimero di Jenekhe può funzionare molto più velocemente degli altri, afferma Bao.
I nuovi polimeri potrebbero funzionare bene anche nelle celle solari, afferma Jenekhe. Per convertire in modo efficiente la luce in elettricità, le celle organiche attualmente richiedono due polimeri accuratamente intercalati. Se la struttura dei due polimeri in questi dispositivi non è giusta, gli elettroni non fluiranno. Il nuovo polimero potrebbe eliminare questo problema.
I prossimi passi, dice Jenekhe, sono creare nuove versioni del polimero che siano più conduttive dell'attuale iterazione e testarle in circuiti più complessi.