Nanoengineers udvikler grundlaget for elektronik, der strækker sig på molekylært niveau

Nanoengineers ved University of California, San Diego spørger, hvad der kan være muligt, hvis halvledermaterialer var fleksible og strækbare uden at gå på kompromis med den elektroniske funktion?

Dagens fleksible elektronik muliggør allerede en ny generation af bærbare sensorer og andre mobile elektroniske enheder. Men denne fleksible elektronik, hvor meget tynde halvledermaterialer påføres en tynd, fleksibelt substrat i bølgede mønstre og derefter påført på en deformerbar overflade, såsom hud eller stof, er stadig bygget op omkring hårde kompositmaterialer, der begrænser deres elasticitet.

Skriver i journalen Kemi af materialer , UC San Diego Jacobs School of Engineering professor Darren Lipomi rapporterer om flere nye opdagelser fra hans team, der kan føre til elektronik, der er "molekylært strækbar."

Lipomi sammenlignede forskellen mellem fleksibel og strækbar elektronik med, hvad der ville ske, hvis du forsøgte at pakke en basketball med enten et stykke papir eller et tyndt stykke gummi. Papiret ville rynke, mens gummiet ville passe til overfladen af ​​bolden.

"Vi udvikler designreglerne for en ny generation af plastik - eller bedre, gummi - elektronik til applikationer inden for energi, biomedicinsk udstyr, bærbare og formbare anordninger til forsvarsapplikationer, og til forbrugerelektronik, "sagde Lipomi." Vi tager disse designregler og gør våd kemi i laboratoriet for at lave nye halvledende gummimaterialer. "

Mens fleksibel elektronik baseret på tyndfilms halvledere nærmer sig kommercialisering, strækbare elektroniske materialer og enheder er i deres barndom. Strækbare elektroniske materialer ville kunne tilpasses til ikke-plane overflader uden rynker og kunne integreres med de bevægelige dele af maskiner og kroppen på en måde, som materialer, der udviser kun fleksibilitet, ikke kunne være. For eksempel, en af ​​de vigtigste applikationer, som Lipomi forestillede sig, er en billig "solpose", der kan foldes op til emballage og strækkes tilbage for at levere lavpris energi til landsbyer i landdistrikterne, katastrofehjælp og militæret, der opererer fjerntliggende steder. Et andet langsigtet mål med Lipomi-laboratoriet er at producere elektroniske polymerer, hvis egenskaber-ekstrem elasticitet, bionedbrydelighed, og selvreparation-er inspireret af biologisk væv til applikationer i implanterbare biomedicinske apparater og proteser.

Lipomi har undersøgt, hvorfor de molekylære strukturer i disse "gummi" halvledere får nogle til at være mere elastiske end andre. I et projekt, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Macromolecules, Lipomi -laboratoriet opdagede, at polymerer med strenge på syv carbonatomer fastgjort producerer den helt rigtige balance mellem strækbarhed og funktionalitet. Denne balance er nøglen til at producere enheder, der er "fleksible, strækbart, sammenklappelig og brudfast. "

Lipomis team har også skabt en højtydende, "low-bandgap" elastisk halvledende polymer ved hjælp af en ny syntetisk strategi, teamet opfandt. Faste polymerer er delvist krystallinske, hvilket giver dem gode elektriske egenskaber, men gør også polymermaterialet stift og skørt. Ved at indføre tilfældighed i polymerens molekylære struktur, Lipomis laboratorium øgede dets elasticitet med en faktor to uden at reducere materialets elektroniske ydeevne. Deres opdagelse, offentliggjort i RSC Advances, er også nyttig til applikationer i strækbare og ultrafleksible enheder.