Nylon som byggesten til gennemsigtige elektroniske enheder?

Forskere ved Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) ledet af Dr. Kamal Asadi har løst en fire årti lang udfordring med at producere meget tynde nylonfilm, der kan bruges i elektroniske hukommelseskomponenter, for eksempel. De tynde nylonfilm er flere hundrede gange tyndere end et menneskehår, og kunne dermed være attraktiv til applikationer i bøjelige elektroniske enheder eller til elektronik i tøj.

Da mikroelektronikindustrien skifter mod bærbar elektronik og e-tekstiler, forskere integrerer elektroniske materialer som ferroelektriske stoffer med tekstiler. Nyloner, en familie af syntetiske polymerer, blev først introduceret i 1920'erne til kvinders strømper, og er i dag blandt de mest anvendte syntetiske fibre i tekstiler. De består af en lang kæde af gentagne molekylære enheder, dvs. polymerer, hvor hver gentagelsesenhed indeholder et specifikt arrangement af brint, ilt og nitrogen med kulstofatomer.

Nyloner udviser også såkaldte "ferroelektriske egenskaber". Det betyder, at positive og negative elektriske ladninger kan adskilles, og denne tilstand kan opretholdes. Ferroelektriske materialer bruges i sensorer, aktuatorer, hukommelse og energiindsamlingsudstyr. Fordelen ved anvendelse af polymerer er, at de kan gøres flydende ved hjælp af passende opløsningsmidler og derfor behandles fra opløsning til lave omkostninger til dannelse af fleksible tynde film, der er egnede til elektroniske enheder såsom kondensatorer, transistorer og dioder. Dette gør ferroelektriske polymerer til et levedygtigt valg for integration med e-tekstiler. Selvom nylonpolymerer har betydelige kommercielle anvendelser inden for tekstiler og fibre, deres anvendelse i elektroniske enheder er blevet forhindret, fordi det var umuligt at oprette tynde film af ferroelektriske nyloner af høj kvalitet ved hjælp af opløsning.

Forskere ved MPI-P, i samarbejde med forskere fra Johannes Gutenberg University of Mainz og Lodz University of Technology, har nu løst dette 40-årige problem, og udviklede en metode til at fremstille ferroelektriske nylon tyndfilmskondensatorer ved at opløse nylon i en blanding af trifluoreddikesyre og acetone og størkne det igen i vakuum. De var i stand til at realisere tynde nylonfilm, der typisk kun er få 100 nanometer tykke, flere 100 gange tyndere end menneskehår. "Ved hjælp af denne metode, vi har produceret ekstremt glatte tynde film. Dette er meget vigtigt, fordi det forhindrer elektrisk nedbrud af, for eksempel, kondensatorer, og derved ødelægge de elektroniske kredsløb. På samme tid, glatheden muliggør udvikling af gennemsigtige tynde film og til sidst, gennemsigtige elektroniske enheder, "siger Dr. Kamal Asadi, gruppeleder ved MPI-P.

Ved at bruge deres nyudviklede metode, gruppen omkring Kamal Asadi var i stand til at producere højtydende nylon kondensatorer. Forskerne udsatte prototyperne af kondensatorerne for forlængede belastningscyklusser og demonstrerede robusthed af ferroelektriske nyloner under millioner af driftscyklusser. De tynde nylonfilm kan blive en vigtig komponent til brug i fleksibel elektronik i fremtiden og finde anvendelser i bøjelige elektroniske enheder eller til elektronik i tøj. Disse nye fund baner vejen mod multifunktionelle stoffer, der fungerer som klud til at dække vores krop og på samme tid kan generere elektricitet fra vores kropsbevægelse.

Deres resultater er nu blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt .