Ikke giftig, højkvalitets overfladebehandling til organiske felteffekttransistorer

I en udvikling til gavn for både industri og miljø, UC Santa Barbara-forskere har skabt en højkvalitetsbelægning til organisk elektronik, der lover at reducere behandlingstiden såvel som energibehovet.

"Det er hurtigere, og det er ikke giftigt, sagde Kollbe Ahn, et forskningsfakultetsmedlem ved UCSB's Marine Science Institute og tilsvarende forfatter til en artikel udgivet i Nano bogstaver .

Ved fremstilling af polymer (også kendt som "organisk") elektronik - teknologien bag fleksible skærme og solceller - er materialet, der bruges til at rette og flytte strøm, af største betydning. Da fejl reducerer effektivitet og funktionalitet, der skal lægges særlig vægt på kvalitet, helt ned på molekylært niveau.

Det kan ofte betyde lange behandlingstider, eller relativt ineffektive processer. Det kan også betyde brugen af ​​giftige stoffer. Alternativt producenter kan vælge at fremskynde processen, som kan koste energi eller kvalitet.

Heldigvis, det viser sig, effektivitet, ydeevne og bæredygtighed behøver ikke altid at blive handlet mod hinanden i fremstillingen af ​​denne elektronik. Ser ikke længere end campusstranden, UCSB-forskerne har fundet inspiration i bløddyrene, der lever der. Muslinger, som har perfektioneret kunsten at klynge sig til stort set enhver overflade i tidevandszonen, tjene som model for en molekylær glat, selvsamlet monolag til højmobilitets polymerfelteffekttransistorer - i det væsentlige, en overfladebelægning, der kan bruges til fremstilling og behandling af den ledende polymer, der bevarer dens effektivitet.

Mere specifikt, ifølge Ahn, det var muslingens adhæsionsmekanisme, der vakte forskernes interesse. "Vi er inspireret af proteinerne i grænsefladen mellem plak og substrat, " han sagde.

Før muslinger binder sig til overfladen af ​​sten, pæle eller andre strukturer fundet i den ugæstfrie tidevandszone, de udskiller proteiner gennem den ventrale lund på deres fødder, på en trinvis måde. I et trin, der forbedrer bindingsydelsen, et tyndt grundlag af proteinmolekyler genereres først som en bro mellem substratet og andre klæbende proteiner i pladerne, der vipper byssus -trådene i deres fødder for at overvinde barrieren for vand og andre urenheder.

Den type zwitterioniske molekyler - med både positive og negative ladninger - inspireret af muslingens oprindelige proteiner (polyampholytter), kan selv samle og danne et sub-nano tyndt lag i vand ved omgivelsestemperatur på få sekunder. Det defektfrie monolag giver en platform for ledende polymerer i den passende retning på forskellige dielektriske overflader.

Nuværende metoder til behandling af siliciumoverflader (den mest almindelige dielektriske overflade), til fremstilling af organiske felteffekttransistorer, kræver en batchbehandlingsmetode, der er relativt upraktisk, sagde Ahn. Selvom varme kan fremskynde dette trin, det involverer brug af energi og øger risikoen for defekter.

Med denne bio-inspirerede belægningsmekanisme, en kontinuerlig roll-to-roll dip coating-metode til fremstilling af organisk elektronisk udstyr er mulig, ifølge forskerne. Det undgår også brugen af ​​giftige kemikalier og deres bortskaffelse, ved at erstatte dem med vand.

"Den miljømæssige betydning af dette arbejde er, at disse nye bio-inspirerede primere giver mulighed for nanofabrikation på silikonedioxidoverflader i fravær af organiske opløsningsmidler, høje reaktionstemperaturer og giftige reagenser, " sagde medforfatter Roscoe Lindstadt, en kandidatstuderende forsker i UCSB kemiprofessor Bruce Lipshutzs laboratorium. "For at praktiserende læger kan skifte til nyere, mere miljømæssigt godartede protokoller, de skal være konkurrencedygtige med eksisterende, og heldigvis forbedres enhedens ydeevne ved at bruge denne 'grønnere' metode."