基于单手性碳纳米管的柔性印刷CMOS器件及相关研究

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基本信息

项目摘要

Flexible printed carbon nanotube CMOS devices have become one of hot topics in printable electronics due to their promising applications in wearable electronics, smart tags, novel displays and so on. Semiconducting single-walled carbon nanotubes (sc-SWCNTs) inks with multiple chiralities and printed depletion-mode thin film transistors (TFTs) have become the bottlenecks in the development of high-performance printed carbon nanotube CMOS devices. Based on the proposer’s previous work on printed SWCNT TFTs, the present project is to further investigate the formulation of single chirality (9,8) sc-SWCNT inks and printing fabrication of high-performance enhancement-mode n-type and p-type TFTs on flexible substrates, as well as the construction of CMOS circuits. The main research topics include: (1) investigating the mechanisms of organic conjugated compounds interacting with single chirality (9,8) sc-SWCNTs by molecular dynamic simulation and advanced characterization techniques, so as to realize high purity sorting and large scale preparation of (9,8) sc-SWCNTs inks; (2) understanding the conversion of transistor polarity through tuning interface property using self-assembly of electrode layers and doping of sc-SWCNTs, so as to achieve both n-type and p-type enhanced-mode SWCNT TFTs; (3) identifying the influences of ink materials, printing processes and post-printing processes on the property of printed TFTs, so as to construct high performance flexible CMOS devices and circuits. In summary, this work will give a practical guide and provide a theoretical basis for expanding their applications in printable electronics.
柔性印刷碳纳米管CMOS器件在可穿戴电子和智能标签等领域有广泛的应用前景,已成为印刷电子领域的热点。多手性半导体碳纳米管墨水和耗尽型碳纳米管晶体管是制约碳纳米管CMOS器件发展的瓶颈。本项目在申请人多年研究印刷碳纳米管晶体管的基础上,进一步研究单手性半导体碳纳米管选择性分离、增强型柔性印刷碳纳米管晶体管和CMOS电路构建。研究内容与目标包括:1)在分子模拟计算和现代表征技术辅助下,系统研究有机共轭化合物与单手性(9,8)碳纳米管之间的作用机制,探明选择性分离机理,实现单手性碳纳米管墨水批量化制备;2)通过自组装和掺杂技术调控印刷电极功函和介电层与碳纳米管之间的界面特性,可控制备增强型p型和n型薄膜晶体管,探明器件极性转换机理;3)系统研究碳纳米管、介电和电极墨水材料与衬底表面及印刷和后处理工艺对器件性能的影响,构建出高性能柔性CMOS器件和电路,为其在印刷电子领域中的应用奠定坚实基础。

结项摘要

柔性印刷碳纳米管CMOS器件在可穿戴电子、智能标签和新型印刷显示等领域具有广泛的应用前景,已成为印刷电子研究领域的热点。要使印刷碳纳米管CMOS器件真正实用化需要解决单手性碳纳米管墨水制备和增强型薄膜晶体管构建这两大难题。本项目围绕单手性(9,8)半导体碳纳米管分离与墨水制备,以及增强型P型和N型柔性碳纳米管晶体管和CMOS电路构建而展开。具体研究内容与目标包括:(1)在分子模拟计算和现代表征技术辅助下,系统研究共轭有机化合物(PFIID等多种新型共轭化合物)与(9,8)碳纳米管之间的作用机制,探明选择性分离机理,实现高纯度单手性碳纳米管墨水的批量化制备;(2)通过自组装和掺杂技术调控印刷电极的印刷精度、功函和介电层与碳纳米管之间的界面特性,得到增强型P型和N型薄膜晶体管,探明碳纳米管晶体管极性转换机理;(3)系统研究碳纳米管、介电和电极墨水材料与衬底表面及印刷和后处理工艺对薄膜晶体管性能的影响,构建出超低功耗、低电压柔性碳基CMOS器件和电路(如在低工作电压下(9,8)碳纳米管薄膜晶体管器件的开关比高达108,CMOS反相器的电压增益大于30,噪声容限超过90%(1/2 VDD),静态功耗控制在2.5 pW左右)。项目执行期间发表研究论文20余篇(包括Nature electronics,Advanced Materials,ACS Nano,Advanced Functional Mateirals等),出版著作1本(印刷碳纳米管薄膜晶体管技术与应用-2020年高等教育出版社出版),培养研究生15余名,各方面指标达到项目要求。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optoelectronic Properties of Printed Photogating Carbon Nanotube Thin Film Transistors and Their Application for Light-Stimulated Neuromorphic Devices
印刷光电门控碳纳米管薄膜晶体管的光电特性及其在光刺激神经形态器件中的应用
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b02086
  • 发表时间:
    2019-03-27
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Shao, Lin;Wang, Hailu;Cui, Zheng
  • 通讯作者:
    Cui, Zheng
Highly sensitive and selective H2S sensors with ultra-low power consumption based on flexible printed carbon-nanotube-thin-film-transistors
基于柔性印刷碳纳米管薄膜晶体管的超低功耗高灵敏度、选择性 H2S 传感器
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2022.131633
  • 发表时间:
    2022-03-14
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Geng, Yue;Ren, Yunfei;Zhao, Jianwen
  • 通讯作者:
    Zhao, Jianwen
Multimodal Optoelectronic Neuromorphic Electronics Based on Lead-Free Perovskite-Mixed Carbon Nanotubes
基于无铅钙钛矿混合碳纳米管的多模态光电神经形态电子器件
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2021.02.046
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Min Li;Ziyu Xiong;Shuangshuang Shao;Lin Shao;Su-Ting Han;Hua Wang;Jianwen Zhao
  • 通讯作者:
    Jianwen Zhao
A Universal Method for High-Efficiency Immobilization of Semiconducting Carbon Nanotubes toward Fully Printed Paper-Based Electronics
一种高效固定半导体碳纳米管用于全印刷纸基电子产品的通用方法
  • DOI:
    10.1002/aelm.202001025
  • 发表时间:
    2021-01-25
  • 期刊:
    ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Li, Xiaoqian;Ren, Yunfei;Zhao, Jianwen
  • 通讯作者:
    Zhao, Jianwen
Preparation of large-area, high-performance single-walled carbon nanotube (SWCNT)-based heater films by roll-to-roll gravure printing
通过卷对卷凹版印刷制备大面积、高性能单壁碳纳米管(SWCNT)基加热膜
  • DOI:
    10.1088/2058-8585/ac509b
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Flexible and Printed Electronics
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Qin Zhang;Yunfei Ren;Zhenguo Wang;Xiaolian Chen;Litao Sun;Dongyu Zhang;Jianwen Zhao
  • 通讯作者:
    Jianwen Zhao

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其他文献

2-RPR+RRP球面混联机构的可达工作空间研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李大海
竹类植物中CYP85A1基因的克隆及表达分析
  • DOI:
    10.11869/j.issn.100-8551.2019.04.0653
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    核农学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈炜;赵建文;张智俊;林新春;郭小勤
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    李瑞琴;宋胜涛;张盟盟;赵建文
  • 通讯作者:
    赵建文
全印刷柔性碳纳米管薄膜晶体管器件构建及电性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵建文;高育龙;顾唯兵;林剑;陈征;崔铮
  • 通讯作者:
    崔铮

其他文献

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赵建文的其他基金

超低功耗抗辐照碳纳米管CMOS晶体管器件和电路研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目
印刷碳纳米管薄膜晶体管器件构建及电性能研究
  • 批准号:
    61102046
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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