Opfindelsen af ​​bittesmå organiske film kunne muliggøre ny elektronik

Den første mobiltelefon, udgivet i 1983, var på størrelse med en mursten og vejede to og et halvt pund. Det nyeste Apple Watch, frigivet i efteråret, vejer 1,1 ounce.

Denne form for teknologiske spring er blevet muliggjort ved at finde nye og opfindsomme måder at kombinere materialer på, som kan pakke mere information og kredsløb i mindre og mindre pakker.

I en første, forskere ved University of Chicago, i samarbejde med forskere ved Cornell University og Argonne National Laboratory, har opdaget en nem, effektiv måde at dyrke ekstremt tynde film af organiske materialer. Fundene, udgivet 7. november i Videnskab , kunne være et springbræt til fremtidens elektronik eller teknologier med nye evner.

Forskere har i lang tid vidst, hvordan man laver ekstremt tynde lag - ned til et par atomer tykke - af uorganiske materialer. Sådan er mobiltelefoner skrumpet i størrelse, og solpaneler er skudt op på tagene rundt om i verden. Men at duplikere denne fremstillingsproces med materialer, der er organiske (i kemisk forstand, det er, noget, der indeholder kul) har været vanskelig.

"Hvis du kan lave materialer til atomisk tynde lag, du kan stable dem i sekvenser og få nye funktioner, og der er nogle gode grunde til at tro, at organiske film kan være virkelig nyttige, " sagde Yu Zhong, en postdoktoral forsker og co-førsteforfatter på papiret. "Men indtil nu har det været meget udfordrende at kontrollere tykkelsen af ​​filmen, og lave dem i store mængder."

Heldigvis, professor i kemi og molekylær ingeniørvidenskab Jiwoong Park er ekspert i banebrydende nye måder at lave ultratynde film på – uanset om det er at sy sammen krystallinske ark eller stable film som Post-Its.

I dette tilfælde, holdet tog sin inspiration fra den stædige adskillelse, der sker, når man blander to væsker, der ikke blandes, som olie og vand. I det væsentlige, de brugte linjen, der dannes mellem dem som en form til at skabe en perfekt tynd, flad film.

De fylder en reaktor halvvejs med væske A, tilsæt derefter væske B. På linjen, hvor de to mødes, de bruger et lille rør til at injicere resten af ​​ingredienserne, som samles til en film. Så fordamper eller dræner forskerne væskerne, og filmen glider forsigtigt ned for at hvile intakt.

"Hvis du tænker på det som stof, til dato, folk har kun været i stand til at lave plastre – og det er gigantiske ruller stof, " sagde Park.

Især filmen vokser i en kontinuerlig bevægelse, så der er ingen akavede samlinger mellem plastrene. Derudover det kan udføres ved stuetemperatur, en meget mere effektiv procedure end de ekstremt høje temperaturer, der normalt er nødvendige for at fremstille uorganiske film.

Metoden giver også en innovativ måde at kombinere organiske og uorganiske lag. "Uorganiske og organiske materialer har forskellige styrker og svagheder, der kan supplere hinanden, men betingelserne for at dyrke dem er så forskellige, at det har været en udfordring at få dem til at komme overens, " sagde kandidatstuderende Baouri Cheng, avisens anden medforfatter.

I denne metode, selvom, "sæt et uorganisk substrat på gulvet i reaktoren, og nu har du en smuk sandwich, " sagde Park.

De testede, hvordan filmene fungerer som elektriske kondensatorer, og fandt god ydeevne - et opmuntrende tegn på elektronik.

Men holdet har mange flere ideer:nanorobotter, et stof, der bøjer eller retter sig, når det udsættes for vand eller lys, membraner til at filtrere vand eller booste batterier, sensorer, der registrerer toksiner, og endda bits til fremtidens kvantecomputere.

"Dette er virkelig en demonstration af en generel platform til at integrere polymerer, " sagde Zhong. "Vi kan se et væld af anvendelser og muligheder, og vi er allerede ved at undersøge nogle af dem."

UChicago postdoktorale forskere Chibeom Park, Andrew Mannix, Jae-Ung ​​Lee, Joonki Suh og Kibum Kang og kandidatstuderende Fauzia Mujid, Sarah Brown og Kan-Heng Lee var også medforfattere af undersøgelsen, samt Steven Sibener, Carl William Eisendrath Distinguished Service Professor i kemi ved UChicago; Professor David Muller og kandidatstuderende Ariana Ray ved Cornell University; og videnskabsmand i Argonne National Laboratory Hua Zhou.

Holdet brugte University of Chicago Pritzker Nanofabrication Facility and Materials Research Science and Engineering Center, samt den avancerede fotonkilde ved Argonne National Laboratory. Park arbejder i øjeblikket med Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation ved University of Chicago for at fremme opdagelsen.