Udskrivning flader polymerer, forbedring af elektriske og optiske egenskaber

Forskere har fundet en måde at bruge polymerprint til at strække og udjævne snoede molekyler, så de leder elektricitet bedre. Et hold ledet af kemiske og biomolekylære ingeniører fra University of Illinois rapporterer deres resultater i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Konjugerede polymerer dannes ved foreningen af ​​elektronrige molekyler langs en rygrad af skiftende enkelt- og dobbeltkemiske bindinger. Sammenhængen tillader elektricitet at rejse meget hurtigt gennem en polymer, hvilket gør det yderst ønskeligt til brug i elektriske og optiske applikationer. Denne måde at transportere ladninger på fungerer så godt, at konjugerede polymerer nu er klar til at konkurrere med siliciummaterialer, sagde forskerne.

Imidlertid, disse polymerer har en tendens til at forvride sig til snoede spiraler, når de forbindes, kraftigt hæmmer ladningstransporten.

"Pladheden eller planheden af ​​en konjugeret polymer spiller en stor rolle i dens evne til at lede elektricitet, " sagde professor i kemisk og biomolekylær ingeniør Ying Diao, der ledede undersøgelsen. "Selv en lille drejning af rygraden kan væsentligt hindre elektronernes evne til at delokalisere og flyde."

Det er muligt at udflade konjugerede polymerer ved at påføre et enormt tryk eller ved at manipulere deres molekylære struktur, men begge teknikker er meget arbejdskrævende, sagde Diao. "Der er virkelig ingen nem måde at gøre dette på."

Postdoc-forsker Kyung Sun Park og kandidatstuderende Justin Kwok bemærkede noget, mens de kørte printeksperimenter og flowsimuleringer i Diaos laboratorium. Polymerer gennemgår to forskellige strømningsfaser under udskrivning:Den første fase opstår, når kapillærvirkning trækker på polymerblækket, når det begynder at fordampe, og den anden fase er resultatet af de kræfter, der påføres af trykbladene og substratet, sagde forskerne.

"Park og Kwok afslørede en anden fase, der opstår under udskrivning, hvor polymererne ser ud til at have vidt forskellige egenskaber, " sagde Diao. "Denne tredje fase sker mellem de to allerede definerede faser, og viser, at polymererne strækkes til plane former."

Ikke alene strækkes og udflades polymererne i denne tredje fase, men de forbliver også sådan efter udfældning ud af opløsning, Diao sagde, gør det muligt at finjustere printerindstillinger for at producere konjugerede polymerer til brug i nye, hurtigere biomedicinsk udstyr og fleksibel elektronik.

"Vi opdager en hel zoologisk have af nye polymerfaser, alle følsomme over for de kræfter, der finder sted under trykningsprocessen, " sagde Diao. "Vi forestiller os, at disse uudforskede ligevægte og flow-inducerede faser i sidste ende vil omsættes til nye konjugerede polymerer med spændende optoelektroniske egenskaber."