Chất dẻo mới có khả năng thay thế silicon

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Các nhà khoa học Anh và Mỹ vừa phát triển được một loại chất dẻo mới có thể thách thức vị thế của silicon trong vai trò làm vật liệu cho một số thiết bị điện tử.

Phát minh này thậm chí có thể sẽ giúp giảm đáng kể giá thành của các màn hình phẳng và đưa các loại giấy điện tử tới gần với hiện thực hơn.

Loại vật liệu mới này cũng có thể sử dụng các kỹ thuật in ấn thông thường chứ không cần tới các phương pháp phức tạp và đắt tiền mà người ta vẫn sử dụng để xử lý silicon.

Phát minh về loại chất dẻo mới này đã được đăng trên tờ tạp chí khoa học Nature Materials, là thành quả nghiên cứu của một nhóm các nhà khoa học Anh và Mỹ.

Các nhà khoa học cho biết cho tới nay, tốc độ dẫn điện của các loại polymer vẫn còn quá chậm để nó có thể thách thức được vai trò của các loại vật liệu silicon. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu khẳng định rằng giờ đây, rào cản này đã được giải quyết bằng một số biện pháp hóa học.

Loại vật liệu mới này là một hợp chất hữu cơ cao phân tử, một dạng của chất thường được dùng để chế tạo mọi thứ từ các túi rác cho đến các tấm pin mặt trời. Chúng cũng đã được sử dụng trong một vài thiết bị điện tử.

Vào năm 2004, tập đoàn điện tử Philips cho biết họ đã thành công trong việc chế tạo một loại màn hình dẻo sử dụng hợp chất hữu cơ cao phân tử, trong khi các hãng khác như Cambridge Display Technology lại dùng vật liệu này để tạo ra các diode phát quang hữu cơ (OLED).

Tuy nhiên, hiệu suất của loại chất dẻo này đã khiến chúng bao giờ cũng chỉ là sự lựa chọn thứ hai trong các ứng dụng chủ đạo. Và loại chất dẻo polythiophene bán dẫn mới này có thể sẽ thay đổi toàn bộ việc này.

Nó đã được các nhà hóa học xử lý để thay đổi cấu trúc phân tử, có nghĩa là nó có thể truyền được dòng điện một cách hữu hiệu hơn và cũng có thể hòa tan được trong một dung dịch để tạo ra một loại mực.

Sự thay đổi đã giúp cho loại vật liệu này có lợi thế hơn so với các vật liệu silicon truyền thống, vốn buộc phải qua xử lý ở nhiệt độ cao và trong chân không. Quy trình xử lý đó không chỉ mất thời gian và tốn kém mà còn tạo ra một lượng chất thải rất lớn. Thay vì thế, loại hợp chất mới có thể in trực tiếp bằng các máy in phun thông thường hay các kỹ thuật in vẫn được sử dụng để in báo và tạp chí. Và như thế, người ta sẽ dễ dàng in loại vật liệu này lên các bề mặt dẻo lớn, nơi mà không thể sử dụng chất silicon cứng nhắc.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật trên để in các bóng bán dẫn, một bộ phận quan trọng trong các bo mạch điện tử. Những bóng bán dẫn này có tốc độ hoạt động nhanh gấp sáu lần so với bất cứ bóng bán dẫn hợp chất hữu cơ nào trước đây, và tương đương với hiệu suất của các bóng silicon dùng trong các màn hình phẳng.

Nhóm nghiên cứu tin rằng loại vật liệu mới nay sẽ được sử dụng trong các lĩnh vực không thể sử dụng silicon. Ông Iain McCulloch, một giám đốc dự án tại Merck Chemicals và là một trong những tác giả của công trình nghiên cứu nói: “Những ứng dụng ban đầu có thể sẽ rất đơn giản, thí dụ như những đồ vật điện tử sử dụng một lần, tiếp theo là những màn hình cảm ứng nhỏ dành cho PDA hay giấy điện tử. Xa hơn nữa sẽ là những loại màn hình lớn với độ phân giải cao”.

Tuy nhiên, dường như loại vật liệu này sẽ không thể cạnh tranh nổi với silicon trong việc chế tạo những con chip máy tính tốc độ cao. Là cốt lõi của toàn bộ các máy tính hiện đại, những con chip này đòi hỏi phải có loại vật liệu chế tạo cực kỳ tinh xảo và một thiết kế chính xác tới mức mà những vật liệu polymer không thể đáp ứng nổi.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các thành viên từ Merck Chemicals ở Southampton (Anh), Trung tâm nghiên cứu Palo Alto (California, Mỹ); Khoa Khoa học vật liệu và cơ khí thuộc ĐH Stanford và Phòng Thí nghiệm Bức xạ Synchrotron Stanford.

(Theo Tạp chí Hoạt động Khoa Học)