Hybrid Nanomaterials for Flexible Electronics

Abstract

Research on flexible and wearable electronic devices has been expanding at a rapid pace due to scientific breakthroughs in the development of nanomaterials such as metal nanowires, carbon nanotubes, graphene and MXenes. These nanomaterials exhibit extremely desirable electrical, mechanical and optical properties for the fabrication of flexible electronics. However, each nanomaterial has their own distinct drawbacks and weaknesses, which greatly limit their applicability in certain devices. To combat some of these weaknesses, research on processes where two or more nanomaterials are combined into a hybrid nanomaterial has increased considerably. This thesis introduces some of the more prominent one- and two-dimensional materials with some of the hybrid nanomaterials that have been synthesized. Research on hybrid nanomaterial-based flexible electronics and whether hybrid nanomaterials are capable of replacing conventional conductive materials are considered.

Taipuisien, joustavien ja puettavien elektronisten laitteiden tutkimus on kasvanut nopeasti nanomateriaalien, kuten metallinanolankojen, hiilinanoputkien, grafeenin ja MXeenien, kehityksessä saavutettujen tieteellisten läpimurtojen ansiosta. Näillä nanomateriaaleilla on erittäin tavoiteltavia sähköisiä, mekaanisia ja optisia ominaisuuksia joustavan elektroniikan valmistukseen. Jokaisella nanomateriaalilla on kuitenkin myös omat selkeät heikkoutensa ja rajoitteensa, jotka voivat merkittävästi vähentää niiden soveltuvuutta tietyissä laitteissa ja käyttökohteissa. Näiden heikkouksien vähentämiseksi tutkimus, jossa kahta tai useampaa nanomateriaalia yhdistetään hybridinanomateriaaleiksi, on lisääntynyt huomattavasti. Tässä kandidaatintyössä esitellään keskeisimpiä yksi- ja kaksiulotteisia nanomateriaaleja sekä niistä syntetisoituja hybridinanomateriaaleja. Työssä tarkastellaan hybridinanomateriaaleihin perustuvaa taipuisaa elektroniikkaa sekä arvioidaan, ovatko hybridinanomateriaalit kykeneviä korvaamaan perinteisiä johtavia materiaaleja tulevaisuuden elektroniikkasovelluksissa.