Als het om efficiëntie gaat, soms helpt het om naar Moeder Natuur te kijken voor advies - zelfs in technologie die zo geavanceerd is als afdrukbare, flexibele elektronica.

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben bio-geïnspireerde dynamische sjablonen ontwikkeld die worden gebruikt om organische halfgeleidermaterialen te produceren die afdrukbare elektronica produceren. Het maakt gebruik van een proces dat vergelijkbaar is met biomineralisatie - de manier waarop botten en tanden worden gevormd. Deze techniek is ook milieuvriendelijk in vergelijking met de manier waarop conventionele elektronica wordt gemaakt, wat de onderzoekers de kans geeft om de natuur iets terug te doen.

Sjablonen worden gebruikt voor het maken van bijna perfecte halfgeleiders om hun elektronische eigenschappen te verbeteren, of om de afstand tussen atomen te moduleren voor betere elektronische eigenschappen. Deze sjablonen helpen om de atomen van halfgeleidermaterialen goed uit te lijnen, typisch silicium of germanium, in de vorm die nodig is.

Echter, deze conventionele methode werkt alleen goed voor rigide nano-elektronische apparaten. De grotere, meer ongeordende organische polymeermoleculen die nodig zijn om flexibele elektronica te maken, kunnen niet rond een vast sjabloon worden gerangschikt.

In een nieuw verslag in het tijdschrift Natuurcommunicatie , professor Ying Diao, afgestudeerde student Erfan Mohammadi en co-auteurs beschrijven hoe de biomineralisatie-achtige techniek werkt.

In de natuur, sommige biologische organismen bouwen gemineraliseerde structuren door anorganische ionen te oogsten of te rekruteren met behulp van flexibele biologische polymeren. evenzo, de sjablonen die Diao's groep ontwikkelde, bestaan ​​uit ionen die zich herconfigureren rond de atomaire structuur van de halfgeleiderpolymeren. Op deze manier, de grote polymeermoleculen kunnen zeer geordend vormen, sjabloonstructuur, zei Diao.

Deze sterk geordende structuur overwint de kwaliteitscontroleproblemen die organische halfgeleiders hebben geplaagd, het vertragen van de ontwikkeling van flexibele apparaten.

"Onze sjablonen stellen ons in staat om de assemblage van deze polymeren te controleren door ze aan te moedigen om op moleculair niveau te rangschikken. In tegenstelling tot het drukken van kranten, waar de volgorde van de inktmoleculen er niet toe doet, het is van cruciaal belang in de elektronica, ' zei Diao.

Het productieproces dat deze dynamische sjablonen kan gebruiken, is ook milieuvriendelijk. In tegenstelling tot conventionele productiemethoden voor halfgeleiders, die temperaturen van ongeveer 3 vereisen, 000 graden Fahrenheit en produceren een aanzienlijke hoeveelheid organisch afval, dit proces levert weinig afval op en kan bij kamertemperatuur worden gedaan, energiekosten verlagen, zei Diao.

"Ons onderzoek kijkt naar de natuur voor oplossingen, " zei Diao. "In de natuur, polymeren worden gebruikt om ionen te vormen, en we deden het tegenovergestelde - we gebruiken ionen om polymeren te modelleren om flexibele, lichtgewicht, bio-geïntegreerde elektronica tegen lage kosten en op grote schaal."