Исследователи из Университета Иллинойса разработали био-вдохновленные динамические шаблоны, используемые для производства органических полупроводниковых материалов, которые производят печатную электронику. Он использует процесс, похожий на биоминерализацию — способ формирования костей и зубов. Этот метод также является экологически чистым по сравнению с тем, как производится обычная электроника, что дает исследователям шанс вернуть благосклонность природе.Шаблон используется для создания почти идеальных полупроводников для улучшения их электронных свойств или для модуляции расстояния между атомами для улучшения электронных свойств.
Эти шаблоны помогают правильно выровнять атомы полупроводниковых материалов, обычно кремния или германия, в нужную форму.Однако эта традиционная методика хорошо работает только для жестких наноэлектронных устройств. Более крупные и неупорядоченные молекулы органических полимеров, необходимые для создания гибкой электроники, не могут располагаться вокруг фиксированного шаблона.В новом отчете журнала Nature Communications профессор Ин Дяо, аспирант Эрфан Мохаммади и соавторы описывают, как работает метод, подобный биоминерализации.
В природе некоторые биологические организмы создают минерализованные структуры, собирая или рекрутируя неорганические ионы с помощью гибких биологических полимеров. Точно так же шаблоны, разработанные группой Диао, состоят из ионов, которые реконфигурируют себя в соответствии с атомной структурой полупроводниковых полимеров.
Таким образом, большие молекулы полимера могут образовывать высокоупорядоченную шаблонную структуру, сказал Диао.Эта высокоупорядоченная структура преодолевает проблемы контроля качества, которые преследуют органические полупроводники, замедляя разработку гибких устройств.«Наши шаблоны позволяют нам контролировать сборку этих полимеров, поощряя их упорядочение на молекулярном уровне. В отличие от печати газет, где порядок расположения молекул чернил не имеет значения, это критически важно в электронике», — сказал Диао.
Процесс производства, в котором можно использовать эти динамические шаблоны, также экологичен. По словам Диао, в отличие от традиционных методов производства полупроводников, которые требуют температуры около 3000 градусов по Фаренгейту и приводят к образованию значительного количества органических отходов, этот процесс дает мало отходов и может выполняться при комнатной температуре, что снижает затраты на электроэнергию.
«Наше исследование ищет решения в природе», — сказал Диао. «В природе полимеры используются в качестве шаблонов для ионов, а мы поступили наоборот — мы использовали ионы для шаблонных полимеров для производства гибкой, легкой, биоинтегрированной электроники по низкой цене и в больших масштабах».