蠶絲-神的祝福-有機薄膜電晶體(OTFT)新發現(電子紙系列報導)

五苯環

有機薄膜電晶體(OTFT)之新發現,清華大學材料系黃振昌教授與博士班研究生王中樺、謝兆瑩2009年利用蠶絲做為介電層的材料,並成功開發出蠶絲成型技術發表在學術期刊上(Advanced Materials)並同時申請專利。蠶絲製作在低電壓的高性能五苯環有機薄膜電晶體,效率比以往使用的材料快上20倍,未來可讓電子紙或有機發光二極體螢幕具有相當程度的撓曲性。

什麼是有機薄膜電晶體呢(organic thin film transitor OTFT)?

「有機」,是在超市看到定義”有機”天然無添加人工色素的食物?不!那是吃的有機物,而「有機」薄膜電晶體,比較貼近以前在高中化學中對有機物和無機物的分類定義。

在軟性電子元件上,作為主動層(Active layers)的有機薄膜有很多種類,目前介紹的五苯環(Pentacene)是普遍被應用在OTF上的有機薄膜主動層之一。主動層運用的有機材料有小分子「五苯環」 (pentacene)又稱並五苯、高分子及有機金屬錯合物,五苯環熔點是攝氏300度,沸點是攝氏529度,製成薄膜時為可透光的藍紫色,因為結構緊密,且五苯環的材質可以幫助電子移動速度變快,採用五苯環電晶體來製造元件,可以透過有機溶劑,直接鍍在作為電子紙張基板的塑膠表面。用五苯環電晶體控制電子墨水開關的元件,沒有五苯環電子紙就無法運作,此外,減少另外加上去的電路複雜度,產品的成本能降到最低。近年來都被應用在太陽能電池及可撓曲式的電子顯示器或電子紙上。

和氧化物半導體和非晶矽的薄膜電晶體的基板幫助電子紙呈現動靜態影像的差異,OTFT基板注重製造成本低廉、耐衝撞及具有可撓曲的優勢,並能提升電泳電子紙pixel解析度3倍,解析度達150dpi,長遠來看,OTFT是未來電子紙主要使用的元件。

神的賜福-蠶絲

蠶絲,也是製作電子產品的絕佳材料!清華大學材料系師生兩年前意外發現,從蠶絲萃取出蠶絲蛋白,製成蠶絲膜,可當作閘極介電層材料;最近又成功製成可在低電壓操作的高性能五苯環有機薄膜電晶體,未來可應用在電子紙或有機發光二極體螢幕的彎曲功能。

清華大學材料系黃振昌教授表示:「使用蠶絲做介電層材料,是個非常意外的事情,我們經過許多次考驗,最終獲得突破。使用蠶絲可以比原本的速度快上20倍,由這種蠶絲膜製成的電子書或電子紙,翻頁速度會快很多。」,譬如以時速80公里的車速從台北到高雄要4.5小時,現在只要12分鐘。

蠶絲的製作成薄膜的過程,是先將蠶絲都丟到量杯裡煮滾成,拿去烘乾,烘乾後再切成小小塊,再丟入溶劑裡煮成蠶絲蛋白,最後將蠶絲蛋白塗抹在電晶體體的介電層部分。

因為有機電子正夯!或許電子紙的研究會因此發現更多可能性,清華大學材料系黃振昌教授所研發的蠶絲做介電層的材料,或許會對軟性有機電子紙產生相當深遠的影響,甚至會大大改變現今對電子紙的研發的可能性。

國科會科技新聞寫作班深度報導 楊瓊蘭 / 嚴巧珍 / 林姿吟

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