Pehmeitä ferrosähköistä ja puolijohteisia muoveja

Northwestern Universityn materiaalitutkijat ovat kehittäneet materiaaleja, jotka on valmistettu pienistä, joustavista nanokokoisista nauhoista, jotka voidaan ladata aivan kuten akku energian varastoimiseksi tai käyttää digitaalisen informaation tallentamiseen.

Erittäin energiatehokkaat, bioyhteensopivat ja kestävistä materiaaleista valmistetut järjestelmät voivat synnyttää uudentyyppisiä ultrakevyitä elektronisia laitteita ja samalla vähentää elektroniikan valmistuksen ja hävittämisen ympäristövaikutuksia.

Tulevaisuudessa uusia pehmeitä materiaaleja voitaisiin käyttää energiatehokkaissa mikroskooppisissa muistisiruissa, antureissa ja energian varastointiyksiköissä. Tutkijat voisivat myös integroida ne kudottuihin kuituihin luodakseen älykkäitä kankaita tai tarramaisia lääketieteellisiä implantteja.

Uuden materiaalin salaisuus on peptidiamfifiilit ja pienet PVDF-muovin molekyylisegmentit. PVDF on muovi, jolla on epätavalliset sähköiset ominaisuudet kuten pietsosähköisyys ja jossain määrin epävakaa ferrosähköisyys.

Uudet pehmeät materiaalit eivät ainoastaan olleet yhtä ferrosähköisiä ja pietsosähköisiä kuin PVDF, vaan sen sähköisesti aktiiviset muodot olivat myös vakaita, ja ne kykenivät vaihtamaan napaisuutta erittäin pienillä ulkoisilla jännitteillä.

Tutkijat harkitsevat uusien rakenteiden käyttöä ferroelektroiikan epätavanomaisissa sovelluksissa, joihin kuuluvat biolääketieteelliset laitteet ja implantit sekä uusiutuvan energian kannalta tärkeät katalyyttiset prosessit. Lisäksi peptidien käyttö mahdollistaa materiaalin funktionalisoinnin biologisilla signaaleilla.

Yksi lupaavimmista materiaaliluokista seuraavan sukupolven akkuihin ja elektronisiin laitteisiin ovat orgaaniset sekoitetut ioni-elektroniset johteet (OMIEC).

Näillä pehmeillä, joustavilla puolijohdepolymeereillä on lupaavia sähkökemiallisia ominaisuuksia, mutta niiden molekyylimikrorakenteesta ja siitä, miten elektronit liikkuvat niiden läpi, tiedetään vain vähän. Tämä on tärkeä tiedon puute, joka on korjattava OMIEC:ien tuomiseksi markkinoille.

Tämän tyhjiön täyttämiseksi Stanfordin materiaalitutkijat käyttivät äskettäin erityistä elektronimikroskooppista tekniikkaa, joka toimii pehmeiden materiaalien kanssa saadakseen selkeämmän kuvan OMIEC:ien rakenteellisesta sisäisestä toiminnasta ja sen miksi niillä on niin edullisia sähkökemiallisia ominaisuuksia.

Tutkimus toi esiin, että polymeeri muodostaa eräänlaisen geelin, joka voi taipua ja venyä. Lisäksi OMIEC:ssa elektroniset ominaisuudet säilyvät vaikka se voi turvota jopa 300 prosenttia. Tällöinkin ne kokevat minimaalisen rakenteellisen muutoksen jopa varauksen ja purkamisen aikana. Tämä johtaa tehokkaampaan ioninvaihtoon ja itse materiaalin minimaaliseen rasitukseen, mikä tekee OMIEC:istä houkuttelevia elektronisesta näkökulmasta.

Aiheesta aiemmin:

Pienenergian keruu tehostuu

Kierre parantaa kiinteää elektrolyyttiä

Solut laskevat ja peptideistä antureita