美提出改進塑料半導(dǎo)體性能新理論

據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)日前報道，消費者一直希望擁有能彎曲的智能手機和平板電腦，但現(xiàn)在的芯片、顯示器等電子元件一般由金屬和無機半導(dǎo)體組成，因此，科學(xué)家們嘗試著用塑料(聚合物)研制出柔性電子設(shè)備，但塑料的導(dǎo)電性不強。美國科學(xué)家最近提出改進塑料半導(dǎo)體電學(xué)性能的理論和公式，并發(fā)表在美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上，新研究有助于柔性電子設(shè)備的問世。

在上世紀(jì)70年代末，有三位科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，之前一直被認(rèn)為不導(dǎo)電的聚合物，在某些特定的情況下也能導(dǎo)電，他們因此摘得2000年諾貝爾化學(xué)獎的桂冠。自此，科學(xué)家們一直希望利用聚合物難得的電學(xué)屬性，制造出彎曲后不會破碎的電子設(shè)備。-

然而，在使用聚合物半導(dǎo)體進行實驗時，這些柔性材料展示出了“反常的輸送行為”，也就是說，電子流過系統(tǒng)各部分的速度并不一致。對此，最新研究的領(lǐng)導(dǎo)者、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授安德魯·斯帕克微茲表示：“塑料或聚合物能被很好地彎曲或拉伸，但在分子尺度上，其像一碗意大利面，與各式各樣的硅和其他無機半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)更加不一致。這種不統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)對于聚合物半導(dǎo)體的導(dǎo)電屬性具有重要影響。”

斯帕克微茲和加州大學(xué)的洛德利格·諾列加、斯坦福大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)教授阿爾伯托·塞列歐制造出了首塊包含有這種分子尺度的多相結(jié)構(gòu)的理論模型，他們希望借此理解、預(yù)測并提升半導(dǎo)體聚合物的導(dǎo)電性能。

借用這一模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，聚合物半導(dǎo)體不同組成部分的導(dǎo)電速率不一樣。他們解釋稱，這種速率的多樣性取決于聚合物的組成部分是像一碗意大利面一樣混雜在一起，還是即使被彎曲也仍如高速公路上的車道一樣比較平直。換句話說，這種使塑料和其他聚合物能夠彎曲的糾纏結(jié)構(gòu)也削弱了其導(dǎo)電能力。

新模型也使人們能更好地理解聚合物半導(dǎo)體的柔韌性和導(dǎo)電能力如何達到均衡。另外，研究人員也給出了一個簡單的算法，告訴科學(xué)家們?nèi)绾慰刂浦圃炀酆衔锏倪^程，并據(jù)此設(shè)計出電學(xué)性能獲得改善的材料。

斯帕克微茲表示：“一個能說明問題的簡單理論是好的開始。”他補充道，進一步的研究工作將有助于科學(xué)家們最終研制出能彎曲的智能手機和可折疊的電子閱讀器。