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ISSN: 2319 - 9873
+ 44 7456 035580电子与通信工程系,毛拉Azad阿布卡蓝科技大学,加尔各答,印度西孟加拉邦
收到日期:06/04/2019;接受日期:13/05/2019;发表日期:20/05/2019
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柔性电子科学家几十年来一直在感兴趣的主题和工业制造商。正在进行的研究试图证明仪器对这一现实通过技术验证和分析。这些应该是适合生产。从金属和半导体基板,现在转向有机聚合物和石墨烯的兴趣。然而,问题依然存在。本文探讨不同材料的性质和可能的流程的可伸缩的设备可以生产在不久的将来。
柔性电子、石墨烯、聚合物、印刷电池、丝网印刷
灵活的电子产品基本上是设计电子电路在合适的基质。灵活性要求薄膜自应变膜厚度成正比,弯曲半径成反比。
拉伸性被定义为物质的价值开始应用弹性变形力成正比。这些材料应该能够承受扩展> > 1%。因此可伸缩元件材料应该有很高的电导率,热,机械稳定性好,低孔隙度对水蒸气和氧气。制造的设备应该能够承受高温过程,测量了高温低体重。医学应用材料的使用也应该不会引起排斥的。
这些材料被认为有广泛的应用,从传感器、显示器、可穿戴电子产品和可折叠设备工程使用。
不锈钢使用很长一段时间在非晶硅太阳能电池。它还承受高温的性质非常稳定本身(1]。
玻璃是另一个材料是非常常见的领导现在在制造业,LCD,等等的箔厚度30μm和光学透过率> 90%。但是,由于它的脆弱,这使得生产有点困难但更容易比不锈钢处理(1]。近年来,有机物质,如PEDOT(聚3,4 - ethyldioxythiophene)与PSS合成(保利4-styrene-sulfonate)得到PSS: PEDOT。这些物质往往是涂有聚对二甲苯(对二甲苯)用于医疗植入物和其他应用程序。另一个材料,引起了极大的兴趣。但自从2006年发现石墨烯被认为是另一个也许替代硅。单层石墨烯显示了伟大的电子迁移率,优良的电阻率(106Ω.cm)。石墨烯可以被转移到不同的基质的最常用的化学气相沉积(CVD)过程通常涂料和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。这种材料已经被研究过找到一个明确的方法,有益于医疗等行业的工业应用。
商业中最新颖的材料柔性电子元件PSS: PEDOT [1]。很难评估这种物质的导电性,因为任何过程的增量载流子不直接影响和争议仍然是否收取航空公司或新加强流动性的增加会导致直接影响其导电率(2]。然而,它是一种广泛使用的可打印的导体,但它比大多数金属电导率低104倍。聚苯胺复合薄膜和碳纳米管着单壁球长大有更好的导电性比PEDOT: PSS (2 S /厘米)(3]。正如前面所讨论的metal-graphene这些问题在一定程度上减轻了。石墨烯的引人注目的电气特征是一个零重叠半金属,电子和空穴电荷载体。在石墨烯中,只有3电子受到化学成键离开电子可能称为高度免费或高迁移率从15000年实际理论200000厘米以上²/ VS [4]。由于这些独特的性质,现在慢慢取代PSS。它与PEDOT形成石墨烯合成聚(3、4 ethyldioxythiophene) (PEDOT) (图1)。
图1:Graphene-PEDOT[的结构部分5]。
许多实验已经进行了与石墨烯PEDOT在最近的过去,确认其属性用于灵活的电子产品。在这些实验中,各种元素进行组合得到一个测量电导率,厚度表结合元素时,质量损失超过一定温度,热稳定性等。如果柔性基板必须找到一个强大的立足点在不久的将来,然后将他们的导率最重要的因素。幸运的是,这种混合材料的导电性很好,保持不变甚至在外部因素如弯曲。这些应该是基质的质量总是这样,不久的将来,这些材料可以很容易地制造。石墨烯作为一个理想的金属与完美配置灵活的电子产品应该尝试更多的这样的混合动力车和尝试参加实际的目的。虽然PSS-PEDOT可能商用柔性电子元件应用石墨烯混合动力车现在应该尝试和测试。
使不透水薄膜屏障涂料已成为制造柔性OLED显示器的主要挑战。聚合物基板需要一个障碍在衬底方面(钝化)和顶部(封装)的设备,以确保寿命长。发射光的障碍需要满足光学透明度高的额外标准85%到90%的可见光谱,光学微腔的影响和控制,如果在OLED,低压力,以避免剪切破坏OLED,通过层和边缘密度和保形涂层,避免泄漏,温度和较低的过程。多层有机/无机屏障层已被证明oled的延长使用寿命1- - - - - -5]。
需要一个强大的封装是制造这些感觉。聚对二甲苯是一种透明、良好的化学稳定性聚合物渗透速率较低的氧气和水蒸气。这被认为是一个好的候选人为符合作为阻挡层(柔性OLED)。由于其优良的均匀和保形覆盖,无气孔和微裂纹的形成,这是一个理想的密封剂OTFTs(有机薄膜晶体管)[6]。
可用在各种类型的聚对二甲苯Parylene-C大多数商业上可行和适用于这样的操作。Parylene-C展品静态和动态摩擦系数在25 0:33这允许使用这种材料在弹性介质和/或密封剂OTFTs [6]。它有一个有效的化学势垒层。聚对二甲苯涂层提供了连续的透明和保形的电影。Para-xylylene薄膜应用于基材的疏散沉积室的过程称为气相沉积聚合(VDP) [6]。除了这种多样性,商用聚对二甲苯变体包括聚对二甲苯N和聚对二甲苯HT (7- - - - - -10]。聚对二甲苯N线性结构和高度结晶性质。最高绝缘强度约7000。聚对二甲苯N的介电常数决定了电容高介电常数会导致更高的电容和电场表面的介质(6]。聚对二甲苯N作为介质在这些类型的应用程序,除了聚对二甲苯在医学上的应用,该品种对其他电子服务最好的应用程序和使用。
可伸缩元件中扮演着重要的角色在医学应用集成与大脑、心脏、皮肤等等。减少刚度是至关重要的实现系统,不仅是安全的而且提供高保真数据流。柔性电子元件使用先前描述的纳米概念允许高速多路复用、高时间分辨率、以及在大面积正形electrode-tissue接口。因此,增加他们的大脑功能分析是一个相当程度上。此外,高密度系统与亚毫米间距电极产量洞察新的神经机制,即不同寻常的顺时针和逆时针螺旋的激励模式传播的方式相关的迹象micro-seizures [3]。同样,对心脏,这样这些天电子系统扮演了一个关键。在气球表面电极电映射集成蛇形互联的类(3]。这种模式操作特别有用的气球消融导管、消融的评估可以迅速实现,而不需要单独的诊断设备。除了电子和温度传感器、接触传感器和刺激电极也支持这个平台。雷竞技网页版雷竞技网页版传感器可以报告当气球皮肤接触及心内膜组织联系,从而提供重要的反馈(没有x射线成像)如何调整和机动膨胀的气球来实现最优闭塞的pv在消融过程中3]。
Graphene-like材料包括碳纳米管显示很多缺陷源于其增长或缺陷。这些缺陷会通过某些流程进行化学气相沉积(CVD)等。平面缺陷可以通过微拉曼光谱检测的情况下如此掺杂石墨烯对各种技术的目的。据说原始石墨烯比氧化石墨烯表现出更多的裂纹缺陷。重叠的晶界在石墨烯被断定为石墨烯制造的一个主要缺陷,因为它减少了质量和它的其他重要特性在很大程度上。重叠发生由于融合两种石墨烯领域的不同方向。另一个关键缺陷的产生是催化金属蚀刻缺陷降低了单层石墨烯的电导。有几种方法来克服这些缺陷。其中之一是安排一个石墨烯表在其他改善柔性石墨烯的质量。这种安排的石墨烯的机械特性使它能够符合容易软物质。 However, the factor for stretchability has been violated in conforming it to a softer substrate. In many experiments, it has been seen that silicon and PDMS (Poly Di Methyl Siloxane) due to mechanical operations a strain is created on the substance which allows it to form a wave-like a pattern. Although this method is commonly accepted the cost of SiC is relatively high and so cannot be considered as a manufacturing element in the least. The correct method for transferring graphene on these substrates to be taken for absolute commercialization has not been decided as yet.
如果视力可伸缩和可穿戴设备被认为应该考虑兼容电源。对于这个问题,一个瘦,轻量级的电池是最适合的目的。这种电池的发展一直局限于设计或合成。完美的电池材料还没有被发现。在这种背景下,石墨烯电池产生相当科学家和研究人员的兴趣。是著名的锂离子电池(自由)是使用最广泛的能源目前便携设备由于其工作电压高、重量轻和大的电荷存储能力导致高功率密度。然而,目前对于大型和传感器的应用程序,可能成本太高(11- - - - - -13]。石墨烯电池和自由之间的主要区别是各自的构成主要阴极电极。阳极使用碳同素异形体在某些情况下,通常是由金属材料和石墨烯。这些电池的能量密度是普通电池的一半。因此,这种类型的电池产生大多数制造商的兴趣(图2)。
图2:制造石墨烯电池的过程(13]。
与石墨烯和锂同行最近的一组科学家专注于开发一种先进的锌电池使用三氧化二铋电极作为一种添加剂。
印刷通常使用常见的印刷设备适合发展模式在基板上。绘画是一种印刷方法。一般Al油漆印刷电池被视为一个可行的来源,但由于高度爆炸性和高属性的氧化性质的物质,它最终被丢弃。仔细选择类型的油墨用于印刷的要做得很好。中可用的各种形式的油墨,研究者选择了银锌氧化物混合异戊二烯和聚苯乙烯(SIS)。锌/ Ag2O化学有一个水化学。在这种情况下,non-reaction化学提供了一个有利的地位的生产要考虑这是一个可行的选择对于一个墨水材料。有各种各样的其他进程等印刷凹印,模板,屏幕,和喷墨。其中,喷墨和丝网印刷作为印刷的标准方法在实验和研究14- - - - - -18]。在喷墨印刷方法,两个进程主要适用于打印机成功打印模式。这些流程我>热过程二世>压电过程正确的应用程序(19- - - - - -25]。这些电池的应用差别很大从传感器到射频识别标签。生物传感器需要一个恒定的电源完全活跃有很大的要求。当这些传感器引入人体检测和监测血糖水平,血压等这些电池如果是印在芯片或与它要作为集成这些传感器的能量储存。传感器在一个人的大脑需要活跃总是因此电源需要那么多支持。这些电池为目的服务很好。电池集成与石墨烯等的主要底物或任何石墨烯聚合物能形成未来的可伸缩元件(26- - - - - -30.]。
的材料用于上述集成柔性电子产品制造业的有效设备在未来必须符合成本效益在很大程度上。在所有的材料考虑使用,石墨烯是可伸缩应用程序的最佳目的超越传统的硅。正如上面所讨论的流行的碳化硅(SiC)。异常发生石墨烯在自然界中不能直接投入生产(31日- - - - - -33]。它的合成和制备方法是目前不便宜的。如果在不久的将来,这些方法都是由廉价大规模生产的材料将成为可能34]。发展与石墨烯的聚合物集成制造是一个最好的方法,因为它不仅会是成本有效的但也很容易管理35]。等任何可伸缩装置,需要一个恒定的电源,因此电池材料中必须包含设备等(36- - - - - -38]。这也许是材料石墨烯进行更多试验的成功结合这些合适的元素。在完成,只有必要的电路可以印在材料产生最高的效率。这样可以开发过程未来智能手机可手腕绑定或智能传感器用于医疗目的39]。
石墨烯被认为是可伸缩的应用程序所需的材料。如果应变约束是松了一口气,印刷过程加强,使得工业生产可行的我们可以先说可伸缩元件将开发市场。石墨烯的制备和合成,确认合适的电池的恒功率源设备的最终决定。
作者感谢Bose大桥街教授的建议关于手稿。
