电子材料由硬变软

有人说：“20世纪是使用无机材 料的硬电子时代，而21世纪将是使 用有机材料的软电子时代”。所谓软 电子化的典范就是薄膜晶体管 （TFT）。作为面向平板显示器的TFT， 非晶硅TFT和低温多晶硅TFT目前 已经达到实用水平。今后将被业界关 注的是能够在更低的温度下成形的 有机TFT。有机TFT的电子迁移度已 经超过非晶硅TFT的水平。此外，在 底板中不使用玻璃而使用塑料，像纸 一样具有柔软性的***新型显示器 也有望诞生。 导电塑料薄膜挑战半导体 在人们的印象中，塑料是不导 电的，普通电缆就常使用塑料作为 导线外面的绝缘层。但是，科学家却 在1977年***发现这种聚合物也 能导电。通常情况下，塑料由许多排 列无序的大分子组成，通电后，当电 流增大时，塑料内部会形成凌乱的 网状物，并马上停止导电。然而，科 学家发现某些结构的塑料却具有半 导体特性，也能传输电流。后来，科 学家们又进一步发现，通过在塑料 内掺入某些物质，可以改变其物理 化学特性，使其具有较好的导电性 能。这些发现为导电塑料日后取代 硅晶体成为新一代半导体材料奠定 了基础。 如果科学家的研究进展顺利， 导电塑料将向硅晶体的霸主地位发 起冲击，给半导体行业带来天翻地 覆的变化。为了降低RFID（无线射 频识别标识技术）的成本，美国3M 公司正在致力于用一种便宜的导电 塑料来替代传统的硅晶体材料，这 种材料名叫并五苯。目前，利用并五 苯作为芯片半导体材料的标签已经 可以被几厘米外的读取装置识别， 如果这种技术在未来得到进一步完 善, RFID标签就可以像条形码一样 印在洗发水包装和罐头盒外面了。 机器人的皮肤和肌肉 导电薄膜的一个奇特应用是在 机器人领域。研究人员将并五苯有 机晶体管阵列植入感压橡胶下，它 就摇身一变。成了对压力敏感的机 器人的“皮肤”。 在日本东京大学生产技术研究 所的试验中，科学家首先制作出约 10厘米见方的一个塑料薄膜底板， 其上有1000个左右的开关用有机 晶体管组成有机晶体管阵列，再在 晶体管上涂上一层具有感觉作用 的感压橡胶，并将晶体管相互连接 起来，产生出一块有1000个痛点 的人造皮肤。这时，安装在晶体管 阵列周围的***器会不断逐个扫 描有机晶体管，读取其电阻值。在 感压橡胶没有受到压力时，晶体管 电阻较高，当人造皮肤的某部位受 到压力时，受压部分的电阻就会降 低。由于将1000个有机晶体管全 部扫描一遍耗时约1秒，所以如果 施加压力的时间超过1秒，人工皮 肤就一定会感受到。此外，试验中 的***器等外部电路也是利用有 机晶体管实现的。 值得一提的是，导电薄膜不仅 可以用来制造电子人工皮肤，用它 制造出来的人造肌肉也可以通过电 化学方法进行控制，使之膨胀和收 缩。利用这种技术工艺，科学家能制 造出非常类似人类的机器人的肢 体，机器人也将不再只能生硬地完 成程序指令，而是可以更加灵活地 做出各种复杂的动作。 新型太阳能电池 塑料薄膜的导电性能使其在制 造薄型轻质电池、高分子聚合物电 池方面有着极其广阔的应用前景。 这种能够在多种材质表面“印制”的 太阳能电池因具有成本低廉、制造 容易、重量轻和易弯曲的特点而成 为目前研究的热点。例如，德国西门 子公司的研究人员将导电塑料与巴 基球（碳－60分子）结合制成了新型 电池。导电塑料吸收光子，释放出电 子然后被巴基球吸引，并被输送到 一电极。在这里，薄膜起到了太阳能 电池的作用。 而美国贝尔实验室的科学家则 利用并五苯来取代太阳能电池中的 硅。美国加州大学伯克利分校的科 学家已研制成功塑料薄膜太阳能电 池。整个电池就像一块三明治，两侧 的电极间夹着几百纳米厚的特殊塑 料P3HT，塑料中的硒化福（CdSe）纳 米棒在受到特定波长的光照射之后 就能产生电子和空穴，从而产生电 势差。 虽然上述新型电池的转换效率 不高，但如果能将这种便宜的电池 “刷”在每栋建筑物外面，产生的能 源也相当可观。如果这种导电塑料 能像普通涂料一样色彩丰富，我们 还可以把太阳能电池穿在身上，而 随身携带的电子设备的供电问题或 许也能得到解决。 实际上，以并五苯为代表的导 电塑料应用前景非常广泛，不少研 究机构正在尝试以有机晶体管为材 料制造塑料平面显示器。2004年5 月，荷兰菲利浦电子公司展示了分 别利用电泳显示屏及电泳显示器研 制的两种卷轴型电子纸，卷轴型电 子纸样品可以一层一层卷成半径2 厘米以下的圆筒。***认为，不必等 多久，人们就可以把显示器像报纸 一样卷起来放进背包，并且可以随 时打开它来收看***或者上网 了。