塑料电子元器件前景看好
塑料是人类在20世纪的重大发明之一,曾经在电子产品的外壳制造中立下汗马功劳。塑料也曾经小心翼翼地试图进入电子产品的内部, 并且也确实成为制造某些电子元器件产品的重要原料之一。然而,塑料试图进入电子产品的核心部件──半导体芯片的努力,多年以来一直未能成功,只是在2000年荣获诺贝尔奖的两位美国和一位日本科学家发明了导电塑料之后,塑料才得以堂堂皇皇地登皇入室,成为新一代电子芯片的主角。
多年以来,硅晶体一直在电子材料领域居于龙头老大的霸主地位,那么, 新崛起的塑料何以能够向硅晶体的霸位发起冲击呢?
原来,硅晶体之所以能够长期成为电子材料领域的佼佼者,是由于硅晶体具有独特的优势。在硅晶体制造的电子元器件和芯片中,载流子能以0.1m2/V.s的高迁移率快速传输。但在目前的生产工艺条件下,硅晶体的生产成本十分昂贵,尤其是那些对成本比较敏感的消费电子产品行业,往往难以承受这种过于高昂的成本,因此,科学家们不得不想方设法寻找其他的廉价替代品。
而作为晶状硅雏形的非晶硅,虽然价格也比较低廉,但是问题在于,晶状硅芯片与非晶状硅芯片都很硬脆、易碎、比重大,都不是可供大消费品选择的佳品,因此取代非晶硅是塑料芯片短期内的目标。
制造一面大显示屏,如采用硅材料是难以成功的,因为其成本太高,太重,技术难度也很大。更为糟糕的是,晶状硅材料的生产和加工难度高、费时久、耗资大,涉及到洁净室与生产线,生产成本高得难以接受。举例来说,一块晶状硅片的生产成本每平方英寸就需要200美元。 但利用非晶状硅可以把生产成本降低到每平方英寸为2美元,如果利用塑料半导体生产晶片,成本则可以大幅度降低到每平方英寸10美分。
奥地利科学家采用聚苯乙烯等塑料制造成功一款太阳能电池,效率达到3%,尽管这一效率还嫌稍低,但是由于它是在世界上首次采用塑料研制而成的, 因此这项成果引起了业界的普遍关注。
克里斯蒂安·多普勒公司的科学家们研究开发的这项塑料太阳能电池制造技术,其特点是成本较低,解决了长期以来太阳能电池制造成本过于高昂的老大难问题, 使太阳能利用的普及化显露出一线新的希望。
太阳能电池的研制基于导电塑料的理论,需要采用具有半导体性能的导电塑料。奥地利科学家在研制太阳能电池的过程中, 采用了聚苯乙烯等碳氢化合物以及由纯碳组成的富勒式结构,将这些物质进行混合之后,进一步制造出质地柔软的薄膜,在薄膜的两面借助蒸发工艺涂敷一层铟锡氧化物或者铝金属作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时能够释放出电子,而富勒式结构能够吸收电子,这时,如果把灯泡连接到两个电极上,电子会流动,从而使灯泡发光。塑料太阳能电池的最大优势是制造简易,耗能极少,成本低廉,因而解决了长期以来硅太阳能电池制造中耗能太大以及成本高昂的瓶颈问题,因此其应用前景十分看好。美国新推出的一款导电塑料电池,是采用一种称为聚苯胺的导电塑料制造一个电极,另外一个电极是锂,生产出仅有一枚硬币大小的可以重复充电的导电塑料电池。德国厂商也用导电塑料制造出仅有普通明信片一般大小的薄型挠性导电塑料电池,可作为便携式产品的电源。
