Formuojantys organiniai kristalai naudoja atmintį, kad pagerintų plastikinę elektroniką

Anonim

Tyrėjai nustatė mechanizmą, kuris skatina formos atminties reiškinius organinėse kristaluose, naudojamuose plastikinėje elektronikoje. Formuojamos konstrukcinės medžiagos yra pagamintos iš metalo lydinių, tačiau naujoji kartos ekonomiškai spausdinama plastikinė elektronika yra pasirengusi pasinaudoti ir šiuo reiškiniu. Sukūrus atminties medžiagų mokslą ir plastinės elektronikos technologijas, kai jie sujungti, jie galėtų atverti duris pažangai mažos galios elektronikos, medicinos elektronikos prietaisuose ir daugiafunkcinės formos atminties medžiagose.

Rezultatai yra paskelbti žurnale Nature Communications ir patvirtinti formos atminties reiškinį dviem organinių puslaidininkių medžiagomis.

Įrenginiai, pvz., Išplečiamieji stentai, kurie atveria ir atblokuoja užblokuotus žmogaus kraujagysles, naudojami "formos atminties" technologijoje. Šilumos, šviesos ir elektros signalai ar mechaninės jėgos perduoda informaciją per prietaisus, kuriuose jie nurodo, kad jie išplečia, sutvirtina, sulenka ir grįžta į savo pradinę formą - ir tai gali būti daroma pakartotinai, kaip gyvatė, siaubingai prarydama vakarienę. Šis poveikis gerai veikia metalus, tačiau dėl sudėtingų molekulių, naudojamų jų sukūrimui, sintetinėse organinėse medžiagose vis dar nepakanka.

"Formulės atminties reiškinys yra įprastas pobūdis, tačiau mes tikrai nežinome apie gamtos projektavimo taisykles molekuliniame lygmenyje", - sakė cheminės ir biomolekulinės inžinerijos profesorius Ying Diao. "Gamtoje naudojami organiniai junginiai, kurie labai skiriasi nuo metalo lydinių, kurie šiandien naudojami formos atminties medžiagoms", - teigė Diao. "Natūraliai atsirandančiose formos atminties medžiagose molekulės keičiasi bendradarbiaujant, o tai reiškia, kad jie visi kartu keičiasi formos pokyčių metu. Priešingu atveju šios medžiagos sukrės ir formos pasikeitimas nebūtų grįžtamas ir pernelyg greitas".

Diao sakė, kad formos atminties mechanizmo atradimas sintetinėje organinėje medžiagoje buvo gana raminantis. Komanda atsitiktinai sukūrė didelius organinius kristalus ir buvo įdomu sužinoti, kaip jie galėtų paversti tam tikrą šilumą.

"Per mikroskopą mes pažvelgė į monokristalius ir nustatėme, kad transformacijos procesas labai skiriasi, nei mes tikėjomės", - teigė magistras ir bendraautorius Hyunjoong Chung. "Mes matėme suderintą visą molekulių sluoksnio, plaunantį per kristalą, judėjimą, kuris, atrodo, skatina formos atminties efektą - tai, kas retai pastebima organiniuose kristaluose, todėl yra iš esmės neištirta".

Pasak mokslininkų, šis netikėtas stebėjimas paskatino komandą norėti ištirti "formos atminties medžiagų mokslo" ir organinės elektronikos sričių susijungimą. "Šiandien elektronika priklauso nuo tranzistorių, kuriuos reikia įjungti ir išjungti, o tai yra labai daug energijos naudojantis procesas", - sakė Diao. "Jei mes galime naudoti formos atminties efektą plastikiniuose puslaidininkiuose, kad moduliuotų elektronines savybes bendradarbiaujant, tai pareikalautų labai mažos energijos sąnaudos, galinčios prisidėti prie mažo galingumo ir efektyvesnės elektronikos pažangos".

Komanda šiuo metu naudoja šilumą, kad demonstruotų formos atminties efektą, tačiau eksperimentuoja su šviesos bangomis, elektromagnetiniais laukais ir mechanine jėga būsimoms demonstracijoms. Jie taip pat tiria formos atminties mechanizmo molekulinę kilmę, keisdami jų medžiagų molekulinę struktūrą. "Mes jau konstatavo, kad kintantis tik vienas atomas molekulėje gali žymiai pakeisti šį reiškinį", - sakė Chungas.

Mokslininkai yra labai susijaudinę dėl šio tyrimo metu aptiktų molekulinės kooperacijos aspekto ir galimo pritaikymo prie naujausios Nobelio premijos laureato molekulinių mašinų koncepcijos, - teigė Diao. "Šios molekulės gali modifikuoti konformaciją molekuliniu lygmeniu, o mažas molekulinės struktūros pasikeitimas amplifikuojamas milijonais molekulių, kad makroskopiniu mastu veiktų didelis judesys."

menu
menu