Forskere udvikler dynamiske skabeloner, der er afgørende for printbar elektronikteknologi

Når det kommer til effektivitet, nogle gange hjælper det at søge råd til Moder Natur - selv inden for teknologi så avanceret som printbar, fleksibel elektronik.

Forskere ved University of Illinois har udviklet bio-inspirerede dynamiske skabeloner, der bruges til at fremstille organiske halvledermaterialer, der producerer printbar elektronik. Den bruger en proces, der ligner biomineralisering - den måde, hvorpå knogler og tænder dannes. Denne teknik er også miljøvenlig sammenlignet med, hvordan konventionel elektronik fremstilles, som giver forskerne chancen for at give naturen tilbage.

Skabelon bruges til at lave næsten perfekte halvledere for at forbedre deres elektroniske egenskaber, eller at modulere afstanden mellem atomer for bedre elektroniske egenskaber. Disse skabeloner hjælper med at justere atomerne i halvledermaterialer korrekt, typisk silicium eller germanium, i den form, der er brug for.

Imidlertid, denne konventionelle metode fungerer kun godt til stive nanoelektroniske enheder. Jo større, mere uordnede organiske polymermolekyler, der er nødvendige for at lave fleksibel elektronik, kan ikke arrangeres omkring en fast skabelon.

I en ny rapport i bladet Naturkommunikation , professor Ying Diao, kandidatstuderende Erfan Mohammadi og medforfattere beskriver, hvordan den biomineraliseringslignende teknik fungerer.

I naturen, nogle biologiske organismer bygger mineraliserede strukturer ved at høste eller rekruttere uorganiske ioner ved hjælp af fleksible biologiske polymerer. Tilsvarende skabelonerne Diaos gruppe udviklede består af ioner, der rekonfigurerer sig selv omkring atomstrukturen af ​​halvlederpolymererne. Denne måde, de store polymermolekyler kan danne meget ordnede, skabelonstruktur, sagde Diao.

Denne meget velordnede struktur overvinder kvalitetskontrolproblemerne, der har plaget organiske halvledere, bremse udviklingen af ​​fleksible enheder.

"Vores skabeloner giver os mulighed for at kontrollere samlingen af ​​disse polymerer ved at opmuntre dem til at arrangere på et molekylært niveau. I modsætning til trykning af aviser, hvor rækkefølgen af ​​blækmolekylerne ikke betyder noget, det er kritisk i elektronik, " sagde Diao.

Fremstillingsprocessen, der kan bruge disse dynamiske skabeloner, er også miljøvenlig. I modsætning til konventionelle halvlederfremstillingsmetoder, som kræver temperaturer på omkring 3, 000 grader Fahrenheit og producere en betydelig mængde organisk affald, denne proces producerer lidt affald og kan udføres ved stuetemperatur, reducere energiomkostninger, sagde Diao.

"Vores forskning ser på naturen for at finde løsninger, " sagde Diao. "I naturen, polymerer bruges til at skabelon ioner, og vi gjorde det modsatte - vi bruger ioner til at skabe polymerer for at producere fleksible, letvægts, biointegreret elektronik til lave omkostninger og stor skala."