Van iPhones op aarde tot rovers op Mars, de meeste elektronica werkt alleen binnen een bepaald temperatuurbereik. Door twee organische materialen samen te voegen, onderzoekers van Purdue University zouden elektronica kunnen maken die bestand is tegen extreme hitte.

Dit nieuwe plastic materiaal kan op betrouwbare wijze elektriciteit geleiden tot 220 graden Celsius (428 F), volgens een artikel dat donderdag in het tijdschrift is gepubliceerd Wetenschap .

"Commerciële elektronica werkt tussen min 40 en 85 graden Celsius. Buiten dit bereik, ze gaan defect raken, " zei Jianguo Mei, een professor in de organische chemie aan de Purdue University. "We hebben een materiaal gemaakt dat bij hoge temperaturen kan werken door twee polymeren met elkaar te mengen."

Een daarvan is een halfgeleider, die elektriciteit kan geleiden, en de andere is een conventioneel isolerend polymeer, dat is wat je je zou kunnen voorstellen als je aan gewoon plastic denkt. Om deze technologie voor elektronica te laten werken, de onderzoekers konden de twee niet zomaar samenvoegen - ze moesten sleutelen aan verhoudingen.

"Een van de plastics transporteert de lading, en de andere is bestand tegen hoge temperaturen, " zei Aristide Gumyusenge, hoofdauteur van de paper en afgestudeerde onderzoeker bij Purdue. "Als je ze samenvoegt, je moet de juiste verhouding vinden zodat ze mooi in elkaar overlopen en het een het ander niet overheerst."

De onderzoekers ontdekten enkele eigenschappen die essentieel zijn om dit te laten werken. De twee materialen moeten verenigbaar zijn met mengen en moeten elk in ongeveer dezelfde verhouding aanwezig zijn. Dit resulteert in een georganiseerde, interpenetrerend netwerk dat ervoor zorgt dat de elektrische lading gelijkmatig door het hele lichaam kan stromen terwijl het zijn vorm behoudt bij extreme temperaturen.

Het meest indrukwekkende aan dit nieuwe materiaal is niet het vermogen om elektriciteit te geleiden bij extreme temperaturen, maar dat zijn prestaties niet lijken te veranderen. Gebruikelijk, de prestaties van elektronica zijn afhankelijk van de temperatuur - denk aan hoe snel uw laptop zou werken in uw klimaatgestuurde kantoor versus de woestijn van Arizona. De prestaties van deze nieuwe polymeermix blijven stabiel over een breed temperatuurbereik.

Elektronica bij extreme temperaturen kan nuttig zijn voor wetenschappers op Antarctica of reizigers die door de Sahara zwerven, maar ze zijn ook van cruciaal belang voor het functioneren van auto's en vliegtuigen overal. In een rijdend voertuig, de uitlaat is zo heet dat sensoren niet te dichtbij kunnen zijn en het brandstofverbruik moet op afstand worden gecontroleerd. Als sensoren direct aan de uitlaat kunnen worden bevestigd, operators zouden een nauwkeurigere aflezing krijgen. Dit is vooral belangrijk voor vliegtuigen, die honderdduizenden sensoren hebben.

"Veel toepassingen worden beperkt door het feit dat deze kunststoffen bij hoge temperaturen afbreken, en dit zou een manier kunnen zijn om dat te veranderen, " zei Brett Savoie, een professor in de chemische technologie aan de Purdue. "Zonnepanelen, transistoren en sensoren moeten in veel toepassingen grote temperatuurschommelingen tolereren, dus het omgaan met stabiliteitsproblemen bij hoge temperaturen is echt van cruciaal belang voor op polymeren gebaseerde elektronica."

De onderzoekers zullen verdere experimenten uitvoeren om erachter te komen wat de werkelijke temperatuurgrenzen (hoog en laag) zijn voor hun nieuwe materiaal. Organische elektronica laten werken in de vrieskou is nog moeilijker dan ze te laten werken in extreme hitte, zei Mei.