最近，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的研究人員利用類似于生物礦化作用的工藝,，開發(fā)了一種受生物啟發(fā)的動(dòng)態(tài)模板,，它可用于制造半導(dǎo)體材料，生產(chǎn)印刷電子器件,。

 

關(guān)鍵字

 

半導(dǎo)體,、柔性、工藝

 

背景

 

大自然賜予人類許多靈感,，特別是科學(xué)研究方面,。筆者之前在《減少手機(jī)屏幕眩光的新型薄膜：設(shè)計(jì)靈感來源于蛾眼！》一文中的背景部分,，介紹過幾個(gè)靈感來源大自然的科學(xué)創(chuàng)新案例，所以今天就不一一例舉了,。

 

然而今天我們要介紹的科技創(chuàng)新,，也是受到了大自然的啟發(fā)，但是它與時(shí)下非常熱門的柔性電子器件的制造相關(guān),。

 

創(chuàng)新

 

最近,，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種受生物啟發(fā)的動(dòng)態(tài)模板。這種模板可用于制造半導(dǎo)體材料,，生產(chǎn)印刷電子器件,。它使用了一種類似于生物礦化作用的工藝。所謂的生物礦化作用,，就是指動(dòng)物骨骼和牙齒的形成過程,。相比于傳統(tǒng)電子器件的制造方式，這項(xiàng)技術(shù)是環(huán)境友好的,，它給予研究人員回饋大自然的機(jī)會(huì),。

 

Ying Dao 教授、研究生 Erfan Mohammadi 以及論文的合著者們?cè)凇蹲匀煌ㄐ拧冯s志上發(fā)表了一篇新文章,，描述了這種類似生物礦化作用的技術(shù)的工作方式,。

 

 

（圖片來源：伊利諾伊大學(xué)）

技術(shù)

 

模板通常用于制造近乎完美的半導(dǎo)體，改善它們的電子特性,，或者調(diào)整原子之間的空間,，從而得到更好的電子特性。這些模板有利于按照需求的形式,，正確地對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體材料的原子,，通常是硅和鍺。

 

 

（圖片來源：參考資料【2】）

然而,，這種傳統(tǒng)技術(shù)只適用于剛性納米器件,，而制造柔性電子器件需要更大、更混亂的有機(jī)聚合物分子,，它們無法在固定模板周圍排列,。

 

在大自然中,，一些生物器官會(huì)通過利用柔性生物聚合物，采集或者招募無機(jī)離子,，構(gòu)建礦化結(jié)構(gòu),。同樣，Diao 的小組開發(fā)出的模板也是由離子組成,，這些離子在半導(dǎo)體聚合物的原子結(jié)構(gòu)周圍重新排列,。Diao 稱，通過這種方式,，大型聚合物分子能夠形成高度有序的模板化結(jié)構(gòu),。

 

 

（圖片來源：參考資料【2】）

價(jià)值

 

質(zhì)量控制問題一直困擾著有機(jī)半導(dǎo)體，并且拖慢了柔性器件的開發(fā)進(jìn)程,，然而這種高度有序的機(jī)構(gòu)解決了這一問題,。Diao 說：

 

“我們的模板讓我們通過分子級(jí)的排列，控制這些聚合物的組裝,。對(duì)于印刷報(bào)紙來說,，墨水分子如何排列沒關(guān)系，而對(duì)于電子器件來說,，它很至關(guān)重要,。”

 

Diao 稱，使用這些動(dòng)態(tài)模板的制造工藝同樣也是環(huán)境友好的,。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝,，需要3000華氏度的高溫，并且生產(chǎn)出大量的有機(jī)廢料,。而這種工藝則不同,，它產(chǎn)生的廢料很少，并且可以在室溫下制造,，能夠降低能耗,。Diao 說：

 

“我們的研究從大自然中尋找答案。在自然中,，聚合物成為了離子的模板,。而我們所做的恰恰相反，我們用離子作為聚合物的模板,，制造柔性,、輕量、生物集成的電子器件,，低成本并可以大規(guī)模制造,。”

 

   

 

參考資料

 

【1】https://news.illinois.edu/blog/view/6367/529209

 

【2】Erfan Mohammadi, Chuankai Zhao, Yifei Meng, Ge Qu, Fengjiao Zhang, Xikang Zhao, Jianguo Mei, Jian-Min Zuo, Diwakar Shukla, Ying Diao. Dynamic-template-directed multiscale assembly for large-area coating of highly-aligned conjugated polymer thin films. Nature Communications, 2017; 8: 16070 DOI: 10.1038/ncomms16070