In een ontwikkeling die gunstig is voor zowel de industrie als het milieu, Onderzoekers van UC Santa Barbara hebben een hoogwaardige coating voor organische elektronica gemaakt die belooft de verwerkingstijd en de energiebehoefte te verminderen.

"Het is sneller, en het is niet giftig, " zei Kollbe Ahn, een lid van de onderzoeksfaculteit aan het Marine Science Institute van UCSB en corresponderende auteur van een paper gepubliceerd in Nano-letters .

Bij de vervaardiging van polymeer (ook bekend als "organische") elektronica - de technologie achter flexibele displays en zonnecellen - is het materiaal dat wordt gebruikt om stroom te richten en te verplaatsen van het grootste belang. Aangezien defecten de efficiëntie en functionaliteit verminderen, speciale aandacht moet worden besteed aan kwaliteit, zelfs tot op moleculair niveau.

Vaak betekent dat lange verwerkingstijden, of relatief inefficiënte processen. Het kan ook het gebruik van giftige stoffen betekenen. Alternatief, fabrikanten kunnen ervoor kiezen om het proces te versnellen, die energie of kwaliteit kunnen kosten.

Gelukkig, zoals het blijkt, efficiëntie, prestatie en duurzaamheid hoeven bij de fabricage van deze elektronica niet altijd tegen elkaar uitgespeeld te worden. Zoek niet verder dan het campusstrand, de UCSB-onderzoekers hebben inspiratie gevonden in de weekdieren die daar leven. Mosselen, die de kunst hebben geperfectioneerd om zich aan vrijwel elk oppervlak in de getijdenzone vast te klampen, dienen als model voor een moleculair gladde, zelf-geassembleerde monolaag voor high-mobility polymeer veldeffecttransistoren - in wezen, een oppervlaktecoating die kan worden gebruikt bij de vervaardiging en verwerking van het geleidende polymeer dat zijn efficiëntie behoudt.

Specifieker, volgens Ahn, het was het adhesiemechanisme van de mossel dat de interesse van de onderzoekers wekte. "We zijn geïnspireerd door de eiwitten op het grensvlak tussen de plaque en het substraat, " hij zei.

Voordat mosselen zich hechten aan het oppervlak van rotsen, palen of andere constructies gevonden in de onherbergzame intergetijdenzone, ze scheiden eiwitten af ​​via het ventrale bosje van hun voeten, op een incrementele manier. In een stap die de hechtingsprestaties verbetert, een dunne basislaag van eiwitmoleculen wordt eerst gegenereerd als een brug tussen het substraat en andere adhesieve eiwitten in de plaques die de byssusdraden van hun voeten kantelen om de barrière van water en andere onzuiverheden te overwinnen.

Dat type zwitterionische molecule - met zowel positieve als negatieve ladingen - geïnspireerd door de inheemse eiwitten van de mossel (polyamfolyten), kan zichzelf assembleren en in een paar seconden een sub-nano dunne laag vormen in water bij omgevingstemperatuur. De defectvrije monolaag biedt een platform voor geleidende polymeren in de juiste richting op verschillende diëlektrische oppervlakken.

Huidige methoden om siliciumoppervlakken te behandelen (het meest voorkomende diëlektrische oppervlak), voor de productie van organische veldeffecttransistoren, vereist een batchverwerkingsmethode die relatief onpraktisch is, zei Ahn. Hoewel warmte deze stap kan bespoedigen, het kost energie en verhoogt het risico op defecten.

Met dit bio-geïnspireerde coatingmechanisme, een continue roll-to-roll dompelcoatingmethode voor het produceren van organische elektronische apparaten is mogelijk, volgens de onderzoekers. Het vermijdt ook het gebruik van giftige chemicaliën en hun verwijdering, door ze te vervangen door water.

"De ecologische betekenis van dit werk is dat deze nieuwe bio-geïnspireerde primers nanofabricage op siliconendioxide-oppervlakken mogelijk maken in afwezigheid van organische oplosmiddelen, hoge reactietemperaturen en giftige reagentia, " zei co-auteur Roscoe Lindstadt, een afgestudeerde student-onderzoeker in het laboratorium van UCSB-professor chemie Bruce Lipshutz. "Om beoefenaars te laten overstappen op nieuwere, milieuvriendelijkere protocollen, ze moeten concurreren met bestaande, en gelukkig worden de apparaatprestaties verbeterd door deze 'groenere' methode te gebruiken."