Нанотехнологии на бумаге

В последнее время большое внимание научного и технологического сообщества приковано к разработкам в области гибких электронных устройств, например, широко известна электронная бумага, то есть дисплей, который можно изгибать, сворачивать в рулон и т.д.. Причем важна также и себестоимость такой продукции – после разработки первичных образцов наступает стадия коммерциализации изобретения.

С точки зрения материаловеда это означает востребованность поиска методов получения таких структур, которые могли бы сохранять функциональность при указанных деформациях, которые к тому же были относительно дешевы. А это уже ставит задачу общего характера: нужно уметь получать различные гибкие структуры с широким спектром варьируемых свойств.

Оксид цинка является многообещающим материалом – будучи прямозонным полупроводником с широкой запрещенной зоной (3,4 эВ) и большой экситонной энергией, он является биосовместимым материалом, обладающим к тому же пьезоэлектрическими свойствами. В связи в этим авторы статьи задались целью получения упорядоченных массивов одномерных наноструктур (нанонитей и наностержней) на гибких подложках. Но самый большой интерес вызывает выбор подложки – ей стала обычная бумага! По сути, это довольно смелый выбор: бумага является чрезвычайно шероховатой, термически неустойчивой, и, строго говоря, получение упорядоченной пленки на такой подложке – это нетривиальное достижение.

Методика синтеза вкратце была такова: тонкая пленка ZnO была получена методом центрифугирования (spin-coating), после чего следовала обработка эквимолярным раствором нитрата цинка и гексаметилентетрамина в течении 1 часа при 85оС. Результат такой процедуры показан на рис.1. Можно утверждать, что каждый отдельный наностержень – это монокристалл, растущий вдоль направления [001], но расположение этих монокристаллов трудно назвать упорядоченным. Выход из положения оказывается довольно простым: достаточно создать прослойку, которая бы сгладила поверхность бумаги. На рис.2 показан массив наностержней ZnO на полимерном субстрате. Авторы остановились на покрытии благородными металлами, поскольку было запланировано создание микроэлектронных устройств.

nanometer-1-3.JPG Рис. 1. (а) Нанонити ZnO на бумаге (b) отдельная нанонить©сканирующая электронная микроскопия высокго разрешения – показаны атомные слои

nanometer-2-3.JPG Рис. 2. Нанонити на «сглаженной поверхности» полимера, которым покрыта бумага

nanometer-3-3.JPG Рис. 3. ВАХ пленочных р-n-переходов в Ag/PEDOT:PSS(органический полупроводник р-типа)/ПММА/ZnO наностержень/Au/бумага (устройство 1), и Ag/PEDOT:PSS/ZnO наностержни/ZnO/Ag/бумага (устройство 2)

nanometer-4-3.JPG Рис. 4. Влияние изгиба на ВАХ на примере устройства 2

На рис. 3 приведена вольт-амперная характеристика двух таких устройств: Ag/PEDOT:PSS(органический полупроводник р-типа)/ПММА/ZnO наностержень/Au/бумага (устройство 1), и Ag/PEDOT:PSS/ZnO наностержни/ZnO/Ag/бумага (устройство 2). Напряжение включения для первого устройства составляет около 4 В, а сама зависимость напоминает ВАХ обычного n-p перехода, в то время как для второго напряжение включения составило 0,8 В. Авторы статьи объясняют это различием энергии перехода Ag-ZnO (0,8 эВ) и Au-ZnO (1,7 эВ). Полученные образцы устойчивы к изгибанию, при этом ВАХ меняется незначительно (рис.4), причем при повторном изгибании ВАХ воспроизводится. Но при скручивании или изгибании более 90о происходит разрушение образца. Таким образом, осуществлена довольно необычная идея – получение массивов наностержней на обычной фотобумаге и создание электронных устройств на ее основе.

Оригинальная статья «Direct Growth of Aligned Zinc Oxide Nanorods on Paper Substrates for Low-Cost Flexible Electronics» была опубликована в апреле 2010 года в Advanced Materials.

Опубликовал: Бородинов Николай Сергеевич

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (7 votes)
Источник(и):

Nanometer