Onderzoekers hebben een manier gevonden om polymeerprinten te gebruiken om gedraaide moleculen uit te rekken en plat te maken, zodat ze elektriciteit beter geleiden. Een team onder leiding van chemische en biomoleculaire ingenieurs van de Universiteit van Illinois rapporteert hun bevindingen in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Geconjugeerde polymeren worden gevormd door de vereniging van elektronenrijke moleculen langs een ruggengraat van afwisselende enkele en dubbele chemische bindingen. Door de combinatie kan elektriciteit zeer snel door een polymeer reizen, waardoor het zeer wenselijk is voor gebruik in elektrische en optische toepassingen. Deze manier van ladingtransport werkt zo goed dat geconjugeerde polymeren nu klaar zijn om te concurreren met siliciummaterialen, aldus de onderzoekers.

Echter, deze polymeren hebben de neiging om in gedraaide spiralen te draaien wanneer ze samenkomen, ladingtransport ernstig belemmeren.

"De vlakheid of vlakheid van een geconjugeerd polymeer speelt een grote rol in het vermogen om elektriciteit te geleiden, " zei professor in de chemische en biomoleculaire techniek Ying Diao, die de studie leidde. "Zelfs een kleine draaiing van de ruggengraat kan het vermogen van de elektronen om te delokaliseren en te stromen aanzienlijk belemmeren."

Het is mogelijk om geconjugeerde polymeren af ​​te vlakken door een enorme hoeveelheid druk uit te oefenen of door hun moleculaire structuur te manipuleren, maar beide technieken zijn zeer arbeidsintensief, zei Diao. "Er is echt geen gemakkelijke manier om dit te doen."

Postdoctoraal onderzoeker Kyung Sun Park en afgestudeerde student Justin Kwok merkten iets op tijdens het uitvoeren van printexperimenten en stroomsimulaties in Diao's lab. Polymeren doorlopen twee verschillende vloeifasen tijdens het printen:de eerste fase vindt plaats wanneer capillaire werking aan de polymeerinkt trekt wanneer deze begint te verdampen, en de tweede fase is het resultaat van de krachten die worden opgelegd door de printbladen en het substraat, aldus de onderzoekers.

"Park en Kwok ontdekten een andere fase die optreedt tijdens het printen waarin de polymeren enorm verschillende eigenschappen lijken te hebben, " zei Diao. "Deze derde fase vindt plaats tussen de twee reeds gedefinieerde fasen, en laat zien dat de polymeren worden uitgerekt tot vlakke vormen."

In deze derde fase worden niet alleen de polymeren uitgerekt en afgeplat, maar ze blijven ook zo nadat ze uit de oplossing zijn neergeslagen, Diao zei, waardoor het mogelijk wordt om printerinstellingen te verfijnen om geconjugeerde polymeren te produceren voor gebruik in nieuwe, snellere biomedische apparaten en flexibele elektronica.

"We ontdekken een hele dierentuin van nieuwe polymeerfasen, allemaal gevoelig voor de krachten die optreden tijdens het drukproces, " zei Diao. "We voorzien dat deze onontgonnen evenwichten en stroomgeïnduceerde fasen zich uiteindelijk zullen vertalen in nieuwe geconjugeerde polymeren met opwindende opto-elektronische eigenschappen."