Radikalt simpel teknik udviklet til at dyrke ledende polymer tynde film

(PhysOrg.com) - Olie og vand blandes ikke, men tilføj nogle nanofibre, og alle væddemål er slået fra.

Et team af UCLA -kemikere og ingeniører har udviklet en ny metode til belægning af store overflader med nanofiber tynde film, der er både gennemsigtige og elektrisk ledende. Deres metode indebærer kraftig omrøring af vand, tæt olie og polymer nanofibre. Efter at denne opløsning er omrørt tilstrækkeligt, spredes den over stort set enhver overflade, at lave en film.

"Skønheden ved denne metode ligger i dens enkelhed og alsidighed, "sagde California NanoSystems Institute (CNSI) forsker Richard B. Kaner, en professor i kemi og biokemi og en professor i materialevidenskab og teknik ved UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science. "De anvendte materialer er billige og genanvendelige, processen fungerer på stort set ethvert underlag, det producerer en ensartet tynd film, der vokser på sekunder, og det hele kan gøres ved stuetemperatur. "

Ledende polymerer kombinerer plastiks fleksibilitet og sejhed med elektriske egenskaber. De er blevet foreslået til applikationer lige fra trykte elektroniske kredsløb til superkapacitorer, men har ikke opnået udbredt anvendelse på grund af vanskeligheder med at bearbejde dem til film.

"Ledende polymerer har et enormt potentiale inden for elektronik, og fordi denne teknik fungerer med så mange substrater, det kan bruges i et bredt spektrum af applikationer, herunder organiske solceller, lysemitterende dioder, smart glas og sensorer, " sagde Yang Yang, en professor i materialevidenskab og teknik ved Samueli School of Engineering and Applied Science og fakultetsdirektør for Nano Renewable Energy Center ved CNSI.

En af de potentielle applikationer er smart, eller omskiftelig, glas, der kan skifte mellem tilstande, når der påføres en elektrisk strøm - f.eks. skifte mellem gennemsigtig og uigennemsigtig tilstand for at slippe lys ind eller blokere det. UCLA-forskergruppen anvender teknikken på andre nanomaterialer ud over polymer nanofibre i håb om at udvide antallet af tilgængelige applikationer.

Teamets løsningsbaserede teknik, offentliggjort i det peer-reviewed journal Proceedings of National Academy of Sciences , blev opdaget serendipitalt, da en gennemsigtig film af polymer spredte sig op ad væggene i en beholder, mens nanofibre i vand blev renset med chloroform.

"Det, der trak mig med det samme, var det uhyggelige fænomen, hvad der syntes at være selvkørende væskestrøm, " sagde Julio M. D'Arcy, hovedforfatter på PNAS papir og en senior kandidatstuderende i Kaner's UCLA lab.

"Nu kan jeg fortælle folk, at jeg laver film i L.A. " jokede han.

Når vand og olie blandes, der dannes en blanding af dråber, skabe en vand-olie-grænseflade, der tjener som et indgangspunkt for at fange polymer nanofibre ved væske-væske grænseflader. Når dråberne forenes, en ændring i koncentrationen af ​​blandede faststoffer ved vand-olie-grænsefladen fører til en forskel i overfladespænding. Udbredelse af en glasvæg sker som følge af et forsøg på at reducere overfladespændingsforskellen. Retningsbestemt væskestrøm fører til en kontinuerligt ledende tynd film, der består af et enkelt enkeltlag af polymer -nanofibre. Ensartetheden af ​​filmoverfladen skyldes, at partiklerne trækkes ud af vand-olie-grænsefladen, klemt mellem to væsker med modsatrettede overfladespændinger.

Udvikling af teknologien sker i samarbejde med Fibron Technologies Inc., med støtte fra National Science Foundation gennem et tilskud til Small Business Technology Transfer. Fibron er en lille virksomhed, der har licenseret teknologien fra UCLA. Det blev grundlagt af Kaner, der fungerer som videnskabelig chefrådgiver, og to af hans tidligere ph.d. studerende - Christina Baker og Henry Tran, der er gået til at tage lederroller i virksomheden.

Fibrons administrerende direktør, Christian Behrenbruch, sagde "at arbejde med UCLA om at udvikle denne teknologi har været en win-win. Det giver os adgang til utroligt innovative mennesker, men også, NSF har bidraget til at etablere et formelt og gennemsigtigt IP -forhold til universitetet. Den gode nyhed er, at denne teknologi bevæger sig hurtigt ind i kommerciel udvikling."

Der findes andre teknikker til fremstilling af tynde film af ledende polymerer, men hver teknik har en tendens til kun at fungere et begrænset antal applikationer, eller de er ikke mulige at skalere op. En metode har længe været søgt, som ville overvinde begrænsningerne ved hver af de tidligere metoder. Vand- og olieteknikken, med en smule nanoteknologi kastet ind, kan give netop det - en skalerbar universel metode til at skabe store tynde film af ledende polymerer.