有機可降解電路

2021-10-01 04:33:00 字數 2403 閱讀 5799

摘要:

綜述類文章怎麼寫

背景在摩爾定律的推動下,各類電子產品更新迭代,推陳出新,以滿足人們對於消費電子日益增長的需求,同時這也產生了大量廢棄的電子產品。現如今的電子產品通常是用不可分解的,非生物相容性的,有時甚至是有毒的材料,導致世界範圍內嚴重的生態挑戰。此外,電子產品的生產製備過程中消耗了大量的比如鎵銦等稀缺元素(銦鎵鋅氧化物已廣泛用於許多薄膜電晶體中,例如有源矩陣有機發光二極體背板,射頻識別標籤和感測器裝置等),他們被淘汰和丟棄後很難重複利用,因此不利於地球和資源的可持續發展。

綜上所述,開發可降解,生物相容的「綠色」電子產品,作為乙個新興課題受到越來越多人的關注。此類裝置由可生物降解的材料製成,在環境或生理條件下以可控的速率起作用後,可以完全或部分溶解,吸收或物理消失,因此又被稱為「瞬態電子裝置」或「可生物降解電子裝置」。

這類裝置不僅僅是環境友好,資源節約的,還因其可生物降解的特性可以被應用於很多場合:(1)用作人體植入醫療器件,比如可生物降解的縫合線或心血管支架,從而省去了進行第二次外科手術以進行裝置修復的機會,並降低了相關的感染風險。(2)製備能夠自我破壞並保護資訊免受未經授權的訪問的瞬態裝置可以用作資料安全硬體,消除了**操作產生的相關成本和風險。

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研究歷史(時間軸講)

目前的幾種手段(按照分類講)

尚且存在的問題(每一種技術是什麼,可以參考摘要的總結)

瞬態器件的可降解性是因為採用了生物可降解的材料,比如天然或合成的可生物降解的聚合物,這類材料主要由基質成分實現,可以在生物醫學或環境應用的水溶液中發生降解。

迄今為止,已證明的瞬態器件主要與針對生物醫學或環境應用的水溶液降解有關[1e4,10]。研究人員已經對瞬態電子的生物可降解材料進行了研究,包括材料溶解化學,降解建模,製造技術,裝置整合等。早期的嘗試一直集中在有機材料上,包括天然或合成的可生物降解的聚合物,部分可降解的裝置已經被開發出來。主要由基質成分[11e13]實現。最近的研究表明,單晶矽奈米膜(mono-si nms)在生理環境中的溶解速度為每天幾奈米到100 nm以上[1,2,14,15],具體取決於型別水溶液。可分解的矽奈米管與可降解的無機電介質,金屬和聚合物基材一起,可實現具有出色操作特性的完全可生物降解的電子產品,這些特性也可與半導體鑄造工藝相容[16,17]。已經開發出新穎的製造技術,以使可生物降解材料的敏感特性適應裝置整合,防止材料被溶劑,溫度或水破壞。在生理溶液中已證明了多種完全可生物降解的裝置,包括熱療裝置[1],顱內壓感測器(icp)[18],皮質醇(ecog)記錄系統[19],射頻(rf)電子裝置[ 20],電池[21],藥物輸送系統[22]等。為了在一定時間段內實現穩定的執行,並在隨後的瞬態中實現過渡,封裝材料至關重要。所獲得的瞬態器件的功能壽命主要由封裝材料的降解時間和透水性以及有源電子元件的厚度決定。外部觸發刺激(水分,溫度,光線,機械力等)是確定瞬變起點的替代因素,並且在非水環境中顯示的觸發降解主要與非生物應用有關。在這些情況下,裝置可以完全瞬態或部分降級。

high-performance green flexible electronics based on biodegradable cellulose nanofibril *****

biocompatible and totally disintegrable semiconducting polymer for ultrathin an ultralight

weight transient electronics

共軛聚合物可以在機械上具有柔性、可拉伸性,並可在低溫下進行溶解處理,這使得它們能夠適應低成本的柔性和可拉伸電子產品的卷對卷製造(14)。最近對施主-受體(d−a)聚合物的開發極大地改善了器件的效能,場效應電晶體(fet)的規模超過了非晶矽(0.1−1 cm2/vs),太陽能電池的效率超過了10%(15,16)。共軛聚合物已經成為柔性tfts最有前途的候選材料之一。與非共軛可分解聚合物相比,共軛可分解聚合物的分子設計選擇非常有限,因為可分解的分子構建塊很少。據我們所知,目前還沒有關於完全可分解的共軛多聚體或聚合物電子器件的報道。

為了實現零足跡的「綠色」電子產品,一種理想的方法是使用半導體聚合物,這種聚合物可以從自然資源中合成並分解回環境中(圖1a)。在這項工作中,我們演示了圖1a中「理想迴圈」的幾個關鍵步驟,使用亞胺鍵作為可逆共軛連線劑來舉例說明一種完全可分解的共軛聚合物及其在有機電子學中的應用。超薄電子產品提供了超輕量、超常的靈活性和更好的一致性,這對微細電子產品(7)、保形生物感測器(17)和可拉伸裝置(18)都很重要。雖然在塑料基板上的超薄和輕質有機柔性器件,如聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet),已經被開發(7,18,19),我們在這裡報告一種基於纖維素的用於超輕量(2g /m2)電子器件的可生物降解超薄(800奈米)基板(圖1b)。我們的襯底在各種常用的有機和水溶液中穩定,並且高溫穩定(玻璃化轉變溫度(tg) >180°c),因此與電子製造工藝高度相容。利用這些材料,我們著手製造超薄柔性偽互補金屬氧化物半導體(cmos) cir- cuits具有高增益和軌對軌輸出電壓擺動在低工作電壓4v。使用鐵電極,我們展示了完全可分解的瞬態器件,我們觀察了這些器件在輕度酸性條件下30天後的完全分解。