Geïnspireerd door de unieke structurele elementen van dierlijke en plantaardige biologische celmembranen, Purdue University-onderzoekers hebben de productie van elektronica op nanoschaal opgeschaald door de levende moleculaire precisie te repliceren en een circuit van zonnecellen te "groeien" voor gebruik op elektronische oppervlakken.

De technologie zou enkele van de grootste uitdagingen bij de productie van elektronische en opto-elektronische apparaten op nanoschaal kunnen aanpakken:schaalvergroting om te voldoen aan de productievraag van betere, snellere telefoons, computers en andere elektronische apparaten.

In celmembranen, moleculen met onderscheidende kop en staart staan ​​bij elkaar, strak verpakt, zoals forenzen in een metro tijdens de spits. Voor het grootste gedeelte, alleen de koppen van de moleculen worden blootgesteld aan de omgeving rond de cel, waar ze interacties met andere cellen en met de wereld in het algemeen beheersen.

"Biologie heeft een fenomenale set bouwstenen ontwikkeld voor het inbedden van chemische informatie in een oppervlak, " zei Shelley Claridge, een assistent-professor scheikunde en biomedische technologie aan Purdue, wie de groep leidt. "We hopen te vertalen wat we hebben geleerd van biologisch ontwerp om de huidige schaaluitdagingen in industriële fabricage van elektronische en opto-elektronische apparaten op nanoschaal aan te pakken."

Een van die schaaluitdagingen heeft betrekking op het beheersen van de oppervlaktestructuur op schalen van minder dan 10 nanometer - een behoefte die moderne apparaten voor computergebruik en energieconversie gemeen hebben.

De onderzoeksgroep van Claridge heeft ontdekt dat het mogelijk is om oppervlakken te ontwerpen waarin fosfolipiden zitten, in plaats van aan de oppervlakte te staan, zowel de kop als de staart van elk molecuul bloot. Omdat het celmembraan opmerkelijk dun is, slechts een paar atomen breed, dit creëert gestreepte chemische patronen met schalen tussen 5 en 10 nm, een schaal die zeer relevant is voor het ontwerp van het apparaat.

Een unieke ontdekking door het team onthult dat deze gestreepte, 'zittende' monolagen van fosfolipiden beïnvloeden de vorm en uitlijning van vloeibare nanodruppels die op de oppervlakken worden geplaatst. Een dergelijke directionele bevochtiging op moleculaire schaal kan oplossingsfase-interacties met 2D-materialen lokaliseren, mogelijk vergemakkelijken van de afzetting van bestanddelen voor op grafeen gebaseerde apparaten.