Nano-ingenieurs aan de Universiteit van Californië, San Diego vraagt ​​wat er mogelijk zou zijn als halfgeleidermaterialen flexibel en rekbaar waren zonder de elektronische functie op te offeren?

De flexibele elektronica van vandaag maakt al een nieuwe generatie draagbare sensoren en andere mobiele elektronische apparaten mogelijk. Maar deze flexibele elektronica, waarbij zeer dunne halfgeleidermaterialen worden aangebracht op een dunne, flexibel substraat in golvende patronen en vervolgens aangebracht op een vervormbaar oppervlak zoals huid of stof, zijn nog steeds gebouwd rond harde composietmaterialen die hun elasticiteit beperken.

Schrijven in het journaal Chemie van materialen , Darren Lipomi, professor aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering, rapporteert over verschillende nieuwe ontdekkingen van zijn team die zouden kunnen leiden tot elektronica die "moleculair rekbaar" is.

Lipomi vergeleek het verschil tussen flexibele en rekbare elektronica met wat er zou gebeuren als je een basketbal zou omwikkelen met een vel papier of een dun vel rubber. Het papier zou kreuken, terwijl het rubber zich zou aanpassen aan het oppervlak van de bal.

"We ontwikkelen de ontwerpregels voor een nieuwe generatie plastic - of, beter, rubber—elektronica voor toepassingen in energie, biomedische apparaten, draagbare en aanpasbare apparaten voor defensietoepassingen, en voor consumentenelektronica, " zei Lipomi. "We nemen deze ontwerpregels en doen natte chemie in het laboratorium om nieuwe halfgeleidende rubbermaterialen te maken."

Terwijl flexibele elektronica op basis van dunnefilmhalfgeleiders de commercialisering nadert, rekbare elektronische materialen en apparaten staan ​​nog in de kinderschoenen. Rekbare elektronische materialen zouden zich kunnen aanpassen aan niet-vlakke oppervlakken zonder te kreuken en zouden kunnen worden geïntegreerd met de bewegende delen van machines en het lichaam op een manier die materialen die alleen flexibiliteit vertonen dat niet zouden kunnen zijn. Bijvoorbeeld, een van de belangrijkste toepassingen die Lipomi voor ogen heeft, is een goedkoop "zonnezeil" dat kan worden opgevouwen voor verpakking en naar achteren kan worden uitgerekt om goedkope energie te leveren aan plattelandsdorpen, rampenbestrijdingsoperaties en het leger op afgelegen locaties. Een ander langetermijndoel van het Lipomi-lab is om elektronische polymeren te produceren waarvan de eigenschappen - extreme elasticiteit, biologische afbreekbaarheid, en zelfherstel - zijn geïnspireerd op biologisch weefsel voor toepassingen in implanteerbare biomedische apparaten en protheses.

Lipomi heeft onderzocht waarom de moleculaire structuren van deze "rubberen" halfgeleiders ervoor zorgen dat sommige elastischer zijn dan andere. In een recent gepubliceerd project in het tijdschrift Macromolecules, het Lipomi-lab ontdekte dat polymeren waaraan strengen van zeven koolstofatomen zijn bevestigd precies de juiste balans tussen rekbaarheid en functionaliteit produceren. Die balans is de sleutel tot het produceren van apparaten die "flexibel, rekbaar, opvouwbaar en breukvast."

Lipomi's team heeft ook een high-performance, "low-bandgap" elastisch halfgeleidend polymeer met behulp van een nieuwe synthetische strategie die het team heeft uitgevonden. Vaste polymeren zijn gedeeltelijk kristallijn, waardoor ze goede elektrische eigenschappen hebben, maar maakt het polymeermateriaal ook stijf en bros. Door willekeur in de moleculaire structuur van het polymeer te introduceren, Het laboratorium van Lipomi verhoogde zijn elasticiteit met een factor twee zonder de elektronische prestaties van het materiaal te verminderen. Hun ontdekking, gepubliceerd in RSC Advances, is ook nuttig voor toepassingen in rekbare en ultraflexibele apparaten.