Het is Zhenan Bao gelukt. In Nature presenteert ze deze week een methode om rekbare kunststof transistorarrays te maken die je op de huid kunt plakken en die groot genoeg zijn om er echt iets aan te hebben.

Tijdens Chains 2017 in Veldhoven vertelde Bao al aan C2W dat ze er mee bezig was, maar toen leek commercialisering nog een stuk verder weg. Achteraf blijkt de huidige publicatie toen al bij Nature te hebben gelegen, al was ze daar nog niet geaccepteerd.

Basismateriaal voor de array is SEBS-elastomeer, een blokcopolymeer met rigide polystyreen uiteinden met daartussen een willekeurige afwisseling van etheen en buteen als rekbaar blok. Voor de halfgeleidende delen mengt Bao hier een geleidend polymeer doorheen; het resultaat wordt aangeduid als CONPHINE, wat staat voor conjugated polymer/elastomer phase separation induced elasticity. Als gebruik je films van los over elkaar heen liggende koolstofnanobuisjes, die mee kunnen bewegen met de rest.

Die elektrodes spuit je er op in het gewenste patroon, maar alle overige lagen bedekken in eerste instantie de hele array waarna je selectief stukken weg etst. Daarbij introduceert Bao twee chemische trucs die ook van pas kunnen komen als je kiest voor andere rekbare kunststoffen. Ten eerste crosslinkt ze SEBS-delen, die daarvoor in aanmerking komen, met korte ketens die aan elk uiteinde een azidegroep dragen. Onder invloed van uv-licht reageert zo’n -N≡N met een willekeurige C-H in het elastomeer. Dat wordt er nauwelijks minder rekbaar door, maar wél bestendig tegen de oplosmiddelen die je verderop in het proces gebruikt.

Ten tweede werkt ze met laagjes van een fluorhoudend polymeer dat óók slecht oplost, behalve dan in een bijpassend fluorhoudend solvent. Daar damp je vervolgens een laagje koper overheen, via een masker. Vervolgens ga je etsen met een zuurstofplasma: het koper beschermt daar tegen, maar op plekken waar geen metaal zit brand je zowel het fluorhoudende materiaal als onderliggende SEBS weg. Tot slot gebruik je het fluorhoudende solvent om het koper los te weken.

De hele array bouw je op op een siliciumplak, met een laagje dextraan er tussen die je simpelweg kunt losweken met water.

Bao zegt zo 347 transistoren per vierkante centimeter te kunnen realiseren. De apparatuur kan arrays van maximaal 4,4 bij 4,4 cm maken, waarop je 6.300 transistoren kwijt kunt. Daarbij kun je het materiaal tot 100 % oprekken en weer laten terugveren zonder dat het kapot gaat.

De publicatie suggereert dat ze die array met 6.300 transistoren daadwerkelijk heeft gemaakt, maar dat er nog geen aansluitdraden aan zitten. Die draden zitten wel aan een veel kleinere array met ‘slechts’ 108 transistoren, die in een handpalm past. Je kunt er bijvoorbeeld mee zichtbaar maken waar de pootjes zitten van een metalen lieveheersbeestje.

bron: Nature