De eerste mobiele telefoon, uitgebracht in 1983, was zo groot als een baksteen en woog tweeënhalve pond. De nieuwste Apple Watch, dit najaar uitgebracht, weegt 1,1 gram.

Dit soort technologische sprongen zijn mogelijk gemaakt door het vinden van nieuwe en inventieve manieren om materialen te combineren, die meer informatie en circuits in kleinere en kleinere pakketten kan verpakken.

In een eerste, wetenschappers van de Universiteit van Chicago, in samenwerking met onderzoekers van Cornell University en Argonne National Laboratory, heb een gemakkelijke ontdekt, efficiënte manier om extreem dunne films van organische materialen te kweken. De bevindingen, gepubliceerd op 7 november in Wetenschap , zou een opstap kunnen zijn naar toekomstige elektronica of technologieën met nieuwe mogelijkheden.

Wetenschappers weten al heel lang hoe ze extreem dunne lagen - tot enkele atomen dik - kunnen maken van anorganische materialen. Zo zijn mobiele telefoons kleiner geworden en zijn er zonnepanelen op daken over de hele wereld verschenen. Maar door dat productieproces te dupliceren met materialen die organisch zijn (in chemische zin, dat is, iets dat koolstof bevat) is lastig geweest.

"Als je van materialen atomair dunne lagen kunt maken, je kunt ze in reeksen stapelen en nieuwe functies krijgen, en er zijn enkele goede redenen om te denken dat organische films echt nuttig kunnen zijn, " zei Yu Zhong, een postdoctoraal onderzoeker en co-eerste auteur op het papier. "Maar tot nu toe was het een hele uitdaging om de dikte van de film te controleren, en om ze in grote hoeveelheden te maken."

Gelukkig, hoogleraar scheikunde en moleculaire techniek Jiwoong Park is een expert in het pionieren van nieuwe manieren om ultradunne films te maken - of het nu gaat om het aan elkaar naaien van kristallijne vellen of het stapelen van films zoals Post-Its.

In dit geval, het team haalde zijn inspiratie uit de hardnekkige scheiding die optreedt wanneer je twee vloeistoffen mengt die niet mengen, zoals olie en water. In essentie, ze gebruikten de lijn die zich tussen hen vormt als een mal om een ​​perfect dun, platte folie.

Ze vullen een reactor voor de helft met vloeistof A, voeg dan vloeistof B toe. Op de lijn waar de twee elkaar ontmoeten, ze gebruiken een klein buisje om de rest van de ingrediënten te injecteren, die samenkomen in een film. Dan verdampen of laten wetenschappers de vloeistoffen weglopen, en de film glijdt zachtjes naar beneden om intact te blijven.

"Als je erover nadenkt als een doek, daten, mensen hebben alleen patches kunnen maken - en dit zijn gigantische rollen stof, ' zei Park.

Opmerkelijk, de film groeit in één continue beweging, dus er zijn geen lastige verbindingen tussen patches. Aanvullend, het kan worden uitgevoerd bij kamertemperatuur, een veel efficiëntere procedure dan de extreem hoge temperaturen die gewoonlijk nodig zijn om anorganische films te vervaardigen.

De methode biedt ook een innovatieve manier om organische en anorganische lagen te combineren. "Anorganische en organische materialen hebben verschillende sterke en zwakke punten die elkaar kunnen aanvullen, maar de omstandigheden om ze te laten groeien zijn zo verschillend dat het een uitdaging was om ze met elkaar te laten opschieten, " zei afgestudeerde student Baouri Cheng, andere co-eerste auteur van het papier.

Bij deze methode, Hoewel, "leg een anorganisch substraat op de vloer van de reactor, en nu heb je een mooie boterham, ' zei Park.

Ze testten hoe de films werken als elektrische condensatoren, en vond goede prestaties - een bemoedigend teken voor elektronica.

Maar het team heeft nog veel meer ideeën:nanorobots, een stof die buigt of recht wordt bij blootstelling aan water of licht, membranen om water te filteren of batterijen op te laden, sensoren die gifstoffen detecteren, en zelfs bits voor kwantumcomputers van de toekomst.

"Dit is echt een demonstratie van een algemeen platform om polymeren te integreren, " zei Zhong. "We kunnen een veelvoud aan toepassingen en mogelijkheden zien, en we onderzoeken er al een paar."

UChicago postdoctoraal onderzoekers Chibeom Park, Andreas Mannix, Jae-Ung ​​Lee, Joonki Suh en Kibum Kang en afgestudeerde studenten Fauzia Mujid, Sarah Brown en Kan-Heng Lee waren ook co-auteurs van de studie, evenals Steven Sibener, de Carl William Eisendrath Distinguished Service Professor of Chemistry aan UChicago; Professor David Muller en afgestudeerde student Ariana Ray aan de Cornell University; en Argonne National Laboratory-wetenschapper Hua Zhou.

Het team gebruikte de Pritzker Nanofabrication Facility van de Universiteit van Chicago en het Materials Research Science and Engineering Center, evenals de Advanced Photon Source van het Argonne National Laboratory. Park werkt momenteel samen met het Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation aan de Universiteit van Chicago om de ontdekking te bevorderen.