Nhưng độ tin cậy là cần thiết. Hầu hết các chip silicon được dựa trên cơ sở một dạng thiết kế mạch cho phép chúng thực hiện chức năng một cách hoàn hảo ngay cả khi thiết bị trải qua biến động năng lượng. Tuy nhiên, để làm được điều đó, thách thức lớn hơn nhiều đối với mạch CNT.

Giờ đây một nhóm nghiên cứu thuộc trường Đại học Stanford đã triển khai một quy trình chế tạo những con chip dẻo, cho phép chúng có thể chịu đựng được dao động năng lượng theo cách tương tự như mạch silicon.

"Đây là lần đầu tiên mạch CNT dẻo được thiết kế, vừa tiêu thụ điện năng thấp, vừa có khả năng miễn dịch cao với nhiễu điện" - Zhenan Bao Giáo sư kỹ thuật điện thuộc trường đại học Stanford cho biết. Công trình do nhóm nghiên cứu gồm Yi Cui phó giáo sư khoa học vật liệu, Peng Wei nghiên cứu sinh sau tiến sĩ cùng một số sinh viên tiến hành, đã được công bố trên Tập san của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia.

Về nguyên lý, CNT là vật liệu lý tưởng để chế tạo mạch điện tử mềm dẻo. Loại sợi cacbon siêu mỏng này có độ bền uốn, chịu mài mòn và rách và có độ dẫn điện để thực hiện truyền dẫn điện tử. Nhưng trước công trình của nhóm Stanford, mạch CNT dẻo không có được độ bền và hiệu suất năng lượng như của chip silicon cứng.

Về sau này, các kỹ sư đã phát hiện ra rằng, điện có thể truyền qua các chất bán dẫn theo hai cách khác nhau. Nó có thể nhảy từ hố tới hố mang điện tích dương (positive hole), hoặc cũng có thể đẩy qua chùm điện tử mang điện tích âm giống như chuỗi hạt cườm. Dạng bán dẫn đầu tiên được gọi là kiểu P, dạng thứ hai được gọi là kiểu N.

Điều quan trọng nhất là các kỹ sư đã phát hiện ra rằng, các mạch dựa trên sự kết hợp của các tranzito kiểu P và kiểu N hoạt động có độ tin cậy cao ngay cả khi xảy ra biến động điện, và chúng cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều. Loại mạch kết hợp cả hai tranzito kiểu P và kiểu N được gọi là mạch bổ sung. Trong vòng 50 năm gần đây, các kỹ sư đã rất thành thạo trong việc tạo ra sự kết hợp lý tưởng giữa hai cách dẫn điện này bằng cách thay đổi cấu trúc nguyên tử của silicon với việc bổ sung một lượng nhỏ chất hữu ích, đây là một quy trình "kích thích" về khái niệm cũng tương tự như những gì tổ tiên của chúng ta đã làm hàng ngàn năm trước khi họ pha thêm thiếc vào đồng nóng chảy để tạo ra hợp kim đồng thiếc.

Thách thức đặt ra đối với nhóm nghiên cứu Stanford, đó là CNT chủ yếu là chất bán dẫn kiểu P và việc kích thích những sợi cabon này để bổ sung thêm đặc trưng kiểu N là điều không dễ dàng. Nhưng các nhà nghiên cứu đã vượt qua được thách thức này bằng cách  xử lý CNT bằng một chất kích thích hóa học do họ triển khai có ký hiệu DMBI và họ đã sử dụng một máy in phun để làm lắng chất này tại các điểm chính xác trên mạch.

Đây là lần đầu tiên mạch CNT dẻo được kích thích để tạo ra sự pha trộn giữa hai kiểu P-N có thể hoạt động với độ tin cậy cao trong môi trường biến động năng lượng và tiêu thụ điện năng thấp.

Quy trình của nhóm nghiên cứu Stanford có độ chính xác cao và không bị tác động bởi nhiễu điện, có các ứng dụng tiềm năng đối với cả các mạch CNT dẻo và cứng. Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Zhenan Bao chú trọng những vào CNT mềm dẻo, có thể sánh ngang với các vật liệu thử nghiệm khác, như nhựa công thức đặc biệt chẳng hạn để làm cơ sở cho các thiết bị điện tử có thể uốn được, cũng giống như silicon được coi là cơ sở cho thiết bị điện tử cứng.

Là loại vật liệu tương đối mới, CNT đang cố gắng bắt kịp nhựa plastic, tiến gần hơn đến thị trường phổ biến để sử dụng cho các thiết bị như màn hình cuộn. Quy trình kích thích của nhóm nghiên cứu Stanford đã đưa CNT mềm dẻo tiến gần hơn đến thương mại hóa, bởi nó đã xác thực được sự pha trộn giữa hai kiểu P-N, và những cải tiến đạt được về độ tin cậy và mức tiêu thụ điện được thể hiện như trong các mạch plastic 

Các nhà nghiên cứu cho rằng, loại sợi cacbon này là tương lai của các thiết bị điện tử dẻo, bởi chúng có đủ độ bền uốn và kéo, trong khi có hiệu suất cao hơn so với mạch plastic.

Mai Ka Theo Nanowerk News