Nyt organisk plastmateriale gør det muligt for elektronik at fungere ved ekstreme temperaturer uden at ofre ydeevnen

Fra iPhones på jorden til rovers på Mars, det meste elektronik fungerer kun inden for et bestemt temperaturområde. Ved at blande to organiske materialer sammen, forskere ved Purdue University kunne skabe elektronik, der modstår ekstrem varme.

Dette nye plastmateriale kunne pålideligt lede elektricitet i op til 220 grader Celsius (428 F), ifølge et papir offentliggjort torsdag i tidsskriftet Videnskab .

"Kommerciel elektronik fungerer mellem minus 40 og 85 grader Celsius. Ud over dette område, de vil gå i stykker, " sagde Jianguo Mei, professor i organisk kemi ved Purdue University. "Vi skabte et materiale, der kan fungere ved høje temperaturer ved at blande to polymerer sammen."

En af disse er en halvleder, som kan lede elektricitet, og den anden er en konventionel isolerende polymer, hvilket er, hvad du måske forestiller dig, når du tænker på almindelig plastik. For at få denne teknologi til at fungere for elektronik, forskerne kunne ikke bare smelte de to sammen – de skulle pille ved forhold.

"En af plasterne transporterer ladningen, og den anden kan modstå høje temperaturer, " sagde Aristide Gumyusenge, hovedforfatter af papiret og kandidatforsker ved Purdue. "Når du blander dem sammen, du skal finde det rigtige forhold, så de smelter pænt sammen, og den ene ikke dominerer den anden. "

Forskerne opdagede nogle få egenskaber, der er essentielle for at få dette til at fungere. De to materialer skal være kompatible med blanding og skal hver især være til stede i nogenlunde samme forhold. Dette resulterer i en organiseret, indbyrdes gennemtrængende netværk, der gør det muligt for den elektriske ladning at strømme jævnt igennem, mens den holder formen ved ekstreme temperaturer.

Det mest imponerende ved dette nye materiale er ikke dets evne til at lede elektricitet i ekstreme temperaturer, men at dens ydeevne ikke ser ud til at ændre sig. Som regel, elektronikkens ydeevne afhænger af temperaturen – tænk på, hvor hurtigt din bærbare computer ville arbejde på dit klimakontrollerede kontor i forhold til Arizona-ørkenen. Ydeevnen af ​​disse nye polymerblandinger forbliver stabil over et bredt temperaturområde.

Ekstreme temperaturelektronik kan være nyttig for forskere i Antarktis eller rejsende, der vandrer i Sahara, men de er også afgørende for, hvordan biler og fly fungerer overalt. I et køretøj i bevægelse, udstødningen er så varm, at sensorerne ikke kan være for tæt på, og brændstofforbruget skal fjernovervåges. Hvis sensorer kunne fastgøres direkte til udstødningen, operatører ville få en mere præcis aflæsning. Dette er især vigtigt for fly, som har hundredtusindvis af sensorer.

"Mange anvendelser er begrænset af det faktum, at disse plastik vil nedbrydes ved høje temperaturer, og det kunne være en måde at ændre det på, " sagde Brett Savoie, en professor i kemiteknik på Purdue. "Solceller, transistorer og sensorer skal alle tolerere store temperaturændringer i mange applikationer, så håndtering af stabilitetsproblemer ved høje temperaturer er virkelig kritisk for polymerbaseret elektronik. "

Forskerne vil udføre yderligere eksperimenter for at finde ud af, hvad de sande temperaturgrænser er (høj og lav) for deres nye materiale. At få organisk elektronik til at fungere i isende kulde er endnu sværere end at få dem til at fungere i ekstrem varme, sagde Mei.