Органические полупроводники: новый путь для электроники

Органические полупроводники: новый путь для электроники

Печатная органическая электроника предлагает альтернативные и дополнительные решения для электроники на основе кремния в таких секторах, как бытовая электроника, Интернет вещей, медицина и логистика.

«Органические материалы пригодны для печати: их можно включать в чернила, наносить на подложку путем печати».

Электроника зависит от минеральных компонентов, в основном кремния, которого в настоящее время не хватает, и, в меньшей степени, германия. Однако проводящие и полупроводящие органические материалы, в частности полимеры, представляют собой альтернативу.

Полимеры — это химические вещества, состоящие из макромолекул (молекул, состоящих из тысяч одинаковых атомов). Они могут существовать в природном состоянии или быть получены в лаборатории с помощью химической реакции, полимеризации. Наиболее известны целлюлоза (дерево, бумага, хлопок и т. д.), пластмассы и каучуки.

Чаще всего полимеры являются электрическими изоляторами, но некоторые из них являются проводящими. Их открытие в конце 1970-х годов проложили путь к новой форме электроники: органической, печатной и гибкой электронике.

OLED, представитель органической электроники

Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode), используемая в экранах некоторых телефонов и цифровых фотоаппаратов, уже познакомила широкую публику с органическими полупроводниками. Органические светоизлучающие диоды — оптоэлектронные устройства, способные излучать свет при прохождении через них электрического тока. Они позволяют OLED-экрану быть «самоизлучающим»: он может излучать свет без необходимости в подсветке, что уменьшает количество слоев — и, следовательно, количество шагов и количество сырья — необходимых для его изготовления.

Это дает ему преимущества перед экраном, использующим жидкокристаллическую технологию (LCD). Более тонкие, легкие и гибкие OLED-экраны обеспечивают более интенсивные цвета, более глубокий черный цвет, лучшую контрастность, более приятный угол обзора и более высокую скорость отклика. Возможны изогнутые, складные и раскладные модели.

«Учитывая его характеристики, [l’OLED] может однажды доминировать на рынке», говорит CNRS.

Новый производственный процесс для электроники

Органические материалы пригодны для печати: они могут быть включены в чернила, нанесены на подложку путем печати. Таким образом, электронные схемы можно изготавливать «простой» печатью с использованием различных технологий (струйная печать, трафаретная печать, гравировка, флексография и т. д.). Полученное в результате производство проще и дешевле, чем с электронной литографией, в основном используемой в электронике на основе кремния.

Этот производственный процесс, еще одно преимущество, может использовать как жесткие подложки, такие как стекло, так и гибкие подложки, такие как пластик, текстиль или бумага. Это позволяет интегрировать широкий спектр электронных устройств, например, датчики, в объекты любой формы, размера и состава.

Множество приложений

В результате печатная органическая электроника открывает путь к множеству приложений, в том числе:

  • фотогальванические элементы с разработкой гибких пленок, способных покрыть любую поверхность (например, крышу автомобиля);
  • носимые технологии для спорта или здоровья, в частности биомедицинские датчики для удаленного наблюдения за пациентами;
  • датчики, встроенные в пол, стены или промышленное оборудование и детали, для измерения температуры, влажности, давления, деформации и т. д. ;
  • умные этикетки и упаковка для отслеживания и защиты продукции, контроля качества или борьбы с подделками.

В Бельгии глобальный клеевой гигант Henkel заключил партнерское соглашение с SME Quad Industries, чтобы ускорить разработку и коммерциализацию приложений для печатной электроники. В 2020 году два партнера сотрудничали в рамках консорциума по разработке медицинского пластыря для мониторинга пациентов с коронавирусом. В настоящее время они изучают несколько вариантов использования в области здравоохранения (пластырь для больных эпилепсией), спорта (гибкий датчик, вставляемый в обувь игроков в гольф), строительства (детектор утечек) и т. д.

Со своей стороны, Piezotech, дочерняя компания французской химической группы Arkema, производит электроактивные полимеры — полимеры, которые деформируются под действием электрического поля — в виде порошков, чернил и тонких пленок. В рамках европейского проекта под названием «Суперсмарт» компания представила два демонстратора на основе этих материалов с высоким потенциалом: интеллектуальную метку для обнаружения ударов, которую можно использовать для отслеживания посылок и хрупких предметов или измерения износа оборудования, и противоударную метку. поддельная этикетка.

Менее загрязняющая технология?

Является ли печатная органическая электроника устойчивой технологией в условиях нехватки сырья и экологического кризиса? Французская ассоциация печатной электроники (Afelim) утверждает, что может помогают снизить воздействие на окружающую среду секторов, в которых он находит применение. процессы низкотемпературное производство который он использует, потребляет меньше энергии и сырья. Кроме того, это позволяет исследовать новые решения для решения экологических проблем, связанных с современными технологиями, такими как управление отходами электронного оборудования.

Противоударная этикетка Piezotech, разработанная на бумажной основе производителем бумаги Arjowiggins, пригодна для вторичной переработки. Действительно, целлюлоза хорошо отделяется от чернил. Когда срок службы электронного устройства подходит к концу, обработанные волокна можно использовать для производства переработанной бумаги. Компания Arjowiggings запустила проект по поиску применений переработанных токопроводящих чернил.

Другим примером является интеграция электронных устройств в промышленные детали для профилактического обслуживания. Промышленно-технический центр пластиковых и композитных инноваций (IPC) и CEA разрабатывают пластиковую пленку, включающую несколько датчиков, непосредственно интегрированных в композитные материалы лопастей ветряных турбин во время инфузии (процесс внедрения композита). Эта технология, которая идеально соответствует форме детали, должна позволять обнаруживать потенциальные повреждения, которые могут быть нанесены лезвию, чтобы продлить срок его службы.

Свойства органических полупроводников делают органическую электронику, печатную и гибкую, многообещающей областью. По данным исследовательской компании IDTechEx, этот рынок должен увеличиться с 41,2 млрд долларов в 2020 году (около 36 млрд евро) до 74 млрд долларов в 2030 году (более 65 млрд евро). В ближайшие годы эту прорывную технологию следует все чаще использовать совместно с электроникой на основе кремния.

Оцените статью
Добавить комментарий