Duke Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriİki millimetr diametrli çubuq ətrafında əyilə bilən, çevik Kaptonun üstündə çap edilmiş ion gel qapısı olan tam çap olunmuş karbon nanoboru nazik film tranzistoru. Kapton tez-tez çevik çap sxemləri və yüksək temperaturlu elektronika kimi müxtəlif tələbkar tətbiqlərdə istifadə olunur. Kredit: Aaron Franklin, Duke Universiteti

Dyuk Universitetinin elektrik mühəndisləri mikrometr altı miqyasda tam işlək və təkrar istifadə edilə bilən elektronikanı çap etmək bacarığını nümayiş etdiriblər. Texnika 150 milyard dollardan çox dəyəri olan elektron displey sənayesinə və onun ətraf mühitə təsirinə təsir göstərə bilər, eyni zamanda ABŞ istehsalının həyati və sürətlə böyüyən sənayedə cəlbediciliyini təmin edə bilər.

Tədqiqat Nature Electronics jurnalında dərc olunub .

“Əgər biz qlobal rəqiblərin üstünlük təşkil etdiyi ərazilərdə ABŞ-da istehsal olunan istehsalı ciddi şəkildə artırmaq istəyiriksə, transformasiya texnologiyalarına ehtiyacımız var” dedi Aaron Franklin, Edmund T. Pratt, Jr. Elektrik və Kompüter Mühəndisliyi və Kimya üzrə Dükdə görkəmli professor.

“Bizim prosesimiz tam təkrar emal oluna bilən və sənaye standartları ilə müqayisə edilə bilən performans təmin edən karbon əsaslı tranzistorları çap edir. Bu, əlavə diqqət yetirilməməsi üçün çox ümidverici bir nəticədir.”

Elektron displeylər demək olar ki, hər bir sənayedə əsas rol oynayır: televizorlar, kompüter ekranları, saat üzləri və avtomobil displeyləri. Onların demək olar ki, hamısı xaricdə, əsasən Cənubi Koreya, Çin və Tayvanda istehsal olunur.

İstehsal prosesi istixana qazı emissiyaları və vakuum əsaslı emal üçün tələb olunan böyük enerji izi səbəbindən ətraf mühitə əhəmiyyətli təsir göstərir . Üstəlik, Birləşmiş Millətlər Təşkilatının hesablamalarına görə, hər il zibilliyə atılan milyonlarla funt-sterlinq elektronikanın dörddə birindən azı təkrar emal olunur.

Bir neçə il əvvəl Franklinin laboratoriyası dünyanın ilk tam təkrar emal edilə bilən çap elektron cihazını inkişaf etdirdi . Bununla belə, bu nümayişdə 10 mikrometrdən kiçik xüsusiyyətlər yarada bilməyən aerozol reaktiv çapdan istifadə edildi və bu onların istehlak elektronikası dünyasında potensial tətbiqlərini xeyli məhdudlaşdırdı.

Yeni araşdırmada Franklin və onun həmkarları Hummink Technologies ilə birlikdə bu ölçülü maneəni aşmaq üçün çalışdılar. Onların “yüksək dəqiqlikli kapilyar çap” maşınları eyni dərəcədə kiçik bir pipetdən kiçik miqdarda mürəkkəb çıxarmaq üçün təbii rəqabət səthi enerjilərindən istifadə edir. Bu, kağız dəsmalları belə uducu edən eyni fenomendir, çünki maye onların lifləri arasındakı dar boşluqlara çəkilir.

“Biz Humminkə bəzi mürəkkəblərimizi göndərdik və ümidverici nəticələr əldə etdik” dedi Franklin. “Ancaq Duke-də onların printerlərindən birini alana qədər qrupum real potensialından istifadə edə bildi.”

Tədqiqatçılar karbon nanoborucuqları, qrafen və nanoselülozdan hazırlanmış üç karbon əsaslı mürəkkəbdən istifadə ediblər ki, onlar şüşə və silikon kimi sərt substratlara və ya kağız və ya digər ekoloji cəhətdən təmiz səthlər kimi çevik substratlara asanlıqla çap edilə bilər. Bunlar əslində Franklinin əvvəlki tədqiqatında nümayiş etdirilən eyni mürəkkəblərdir, lakin Hummink printerləri ilə işləməyə imkan verən maye xüsusiyyətlərinə malikdir.

Nümayişdə onlar yeni mürəkkəb və aparatın bu birləşməsini nümayiş etdirirlər ki, onlar arasında mikrometr ölçüsündə kiçik boşluqlar olan onlarla mikrometr uzunluğunda xüsusiyyətləri çap edə bilirlər.

Bu kiçik, ardıcıl formalaşmış boşluqlar karbon əsaslı nazik film tranzistorlarının (TFT) kanal uzunluğunu təşkil edir və daha kiçik kanal ölçüləri güclü elektrik performansına çevrilir. Və bütün düz panelli displeylərin arxa planını təşkil edən bu cür tranzistorlardır.

“Bu tip istehsal yanaşmaları heç vaxt silikon əsaslı, yüksək performanslı kompüter çiplərini əvəz etməyəcək, lakin onların rəqabətədavamlı və hətta transformativ ola biləcəyini düşündüyümüz başqa bazarlar da var” dedi Franklin.

Dünyadakı hər bir rəqəmsal displeyin arxasında hər pikseli idarə edən çoxlu mikroskopik nazik filmli tranzistorlar var. OLED displeylər daha çox cərəyan tələb etsə də və hər piksel üçün ən azı iki tranzistor lazımdırsa, LCD displeylər yalnız bir tələb edir.

Əvvəlki araşdırmada tədqiqatçılar LCD displeyin bir neçə pikselini idarə edən çap olunmuş, təkrar emal edilə bilən tranzistorlarını nümayiş etdirə bildilər. Və Franklin inanır ki, yeni submikrometr çaplı TFT-lər OLED displeyləri üçün eyni şeyi nümayiş etdirmək üçün lazım olan performansa yaxındır.

Bu texnologiyanın dəqiqliyini artırmaq üçün çipin izinə daha çox sensor sıxmaq kimi digər potensial istifadə halları olsa da, Franklin rəqəmsal displeylərin ən perspektivli olduğuna inanır. Tamamilə təkrar emal oluna bilən olmaqla yanaşı, çap prosesi daha az enerji tələb edir və ənənəvi TFT istehsal üsullarına nisbətən daha az istixana qazı emissiyası yaradır.

“Ekranların bu texnikaya bənzər bir şeylə hazırlanması laboratoriyamdan çıxardığım ən mümkün genişmiqyaslı tətbiqdir” dedi Franklin.

“Mənim üçün yeganə real maneə kifayət qədər sərmayə və böyük potensialın reallaşdırılması yolunda qalan maneələrin aradan qaldırılması üçün maraq əldə etməkdir.”

“Təəssüf ki, bu üzərində işləməyə davam etmək üçün maliyyə aldığımız Milli Elm Fondunun proqramı, Gələcək İstehsalat proqramı bu ilin əvvəlində kəsildi. Lakin biz yaxın gələcəkdə fərqli bir proqrama uyğunluq tapacağımıza ümid edirik.”

Daha çox məlumat: Brittany N. Smith, et al. Submikrometr karbon nanoboru tranzistorlarının kapilyar axını çapı, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01470-7

Jurnal məlumatı: Nature Electronics Duke Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir