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碳纳米管技术深度探索,为你拓展新的电子应用商机

作者:power   来源:网络   点击:    日期:2009-10-08    

    碳纳米管(CNT)与石墨烯(graphene)不但可在有机材料中展现惊人的电子特性;同时,在传感器、微电子与半导体组件、场发射显示器(FED)、纳米电极与能源转换组件(如燃料电池与一般电池)等电子与电气应用中,它也存在着无穷的发展潜力。

    由化学结构来看,CNT可作为有机与无机半导体/导体的替代方案,但其成本仍是目前最大的限制。然而,随着应用成长与制造成本减少,其成本也可望快速降低。 由于CNT的载子迁移率较硅(Si)更高,因而可制造出快速的开关晶体管,这使业界对于CNT一直保持着浓厚的兴趣。相形之下,许多公司目前为晶体管所开发的聚合物有机物质,其迁移率仍相当低,严重地限制了更多可能的应用。

    CNT在电子领域的最初应用将是透光导体,如在显示器应用中取代ITO、触控屏幕、太阳能电池,以及连接TFT与前端面板如OLED的显示器总线等应用。

    全球业者都在关注快速成长的CNT与石墨烯电子应用,特别是在印刷电路与太阳光电领域,这些材料本身的特性和近期取得的技术进展,大幅拓展了可能的应用范围,也激起更多厂商投入的意愿。

    由芬兰赫尔辛基科技大学(TKK)在2004年独立而出的Canatu公司,目前正生产基于CNT的薄膜,以及其纳米材料CNT薄膜NanoBud。该公已 发表了有关石墨烯与CNT的重要创新和商业应用,包括透明电极、半导体、电阻、电容,以及用于显示器、太阳能、触控屏幕和雷射等领域的饱和吸收体等。 Canatu的重要创新包括Carbon NanoBuds、传统CNT与富勒烯间的混合物质、CNT与NanoBud合成制程,以及称为Direct Dry Printing的组件生产方法;这些创新技术能够产出超高品质的同质化与图案化的薄膜。

    Canatu着重于薄膜半导体与导体的应用,涵盖范围包括太阳电池与显示器的透明电极、脉冲雷射的饱和吸收体,以及场效晶体管的半导体薄膜等。其图案化的透明导体薄膜适用于取代 LCD与OLED显示器、薄膜太阳能电池等应用中的ITO。Canatu正与一些公司合作,以将其薄膜产品整合在更多应用中,包括电子阅读器(e- reader)、触控屏幕、薄膜显示器与太阳电池等。

    Canatu表示,该公司将针对各种不同的导体、透明物质推出同质且图形化的薄膜,并将开始为几家策略伙伴针对其应用规格供应专用的薄膜。Canatu公司CEO David Brown预计,未来五年内,其出货量可望成长300%。

    加州史丹佛大学也针对基于CNT的宏观电子与纳米电子进行研究,包括了解分子与CNT互动的基本原理、金属/半导体CNT分离技术的开发、自CNT中提炼大型薄膜晶体管的制造与最佳化、以及自组式与图形化CNT等计划。

    史丹佛大学的一个研究小组正致力于将可印刷的碳纳米管应用于高性能能量储存组件之中。史丹佛大学材料科学暨工程学系教授Yi Cui及一位助理教授的研究范围包含了具备极高能量与功率密度的全新超低成本复杂印刷超级电容、针对电池应用的完整印刷纳米管集电器,以及可伸缩且能穿戴 的软性纳米管能量储存组件。

    Nantero公司则着重于纳米管内存与电子组件的开发,特别是基于纳米管的资料储存组件。该公司的高密度纳米管非挥发性随机存取内存(NRAM)组件采用包含了悬浮式单层(single-walled)或多层(multi-walled)的 CNT所制造。对于逻辑闸与CMOS技术的整合,该公司表示深具信心。

    2008年成立的SVTC Technology公司结合了Nantero公司的“CMOS-friendly”CNT制程技术,目前也正在SVTC公司于德州与加州的两个开发实验 室展开研发工作。除了主要对于NRAM通用内存的关注重点以外,Nantero公司也正针对采用逻辑与传感器等CNT技术的下一代半导体组件,与授权厂商展开合作。

    加州大学洛杉机分校(UCLA)则积极主导印刷电子、太阳电池与该领域的相关主题进行学术研究。UCLA材料科学与工程学教授Yang Yang在混合石墨桸与CNT材料(G-CNT)领域有一些重要发现。研究人员们开发出一种简单、便宜且可充性的方法,只需一个步骤即可制造出G-CNT材料。作为可取代如太阳电池与可挠性消费电子产品等ITO的高性能替代方案而言,透明导体正显现出无穷的发展潜力。

    尽管包括NEC、HRL Laboratories、IBM、Optomec、富士(Fujitsu)与AIST等几家厂商均已展示其于CNT与石墨方面的成果,然而,距离可商用 化上市还长的路要走。IDTechEx保守估计,大约要到2015年后才可能量产,更乐观一点的估计也许可提早两年吧!

    石墨烯与多层式CNT (MWCNT)目前已在大量生产中,每年产量约十公吨。但据估计,拜尔(Bayer)与Showa Denko等公司在2008年所生产的MWNCT数量总共大约就有100吨。到了2009年,这一数字可望再加倍成长。然而,大部份的这些组件都应用在非 电子/电气产品,或是电磁保护等简单应用中。

    该领域所面对的挑战是材料提炼、组件制造,以及对于其它材料的需求,例如合适的介电质等。然而,由于这些材料具有高性能、高弹性度、透明且可印刷的优势,这一市场商机仍相当庞大。(作者:Cathleen Thiele,IDTechEx公司技术分析师)■




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