微小有機(jī)薄膜的發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)新的電子產(chǎn)品

1983年發(fā)布的第一部手機(jī)大小只有磚塊，重達(dá)兩磅半。今年秋天發(fā)布的最新Apple Watch重1.1盎司。

通過(guò)發(fā)現(xiàn)新的和有創(chuàng)造性的材料組合方法，可以實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)飛躍，這種方法可以將更多的信息和電路封裝到越來(lái)越小的包裝中。

首先，芝加哥大學(xué)的科學(xué)家與康奈爾大學(xué)和阿貢實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)生長(zhǎng)極薄的有機(jī)材料薄膜。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)于11月7日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，可能成為未來(lái)具有新功能的電子產(chǎn)品或技術(shù)的墊腳石。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)知道如何用無(wú)機(jī)材料制作極薄的層(低至幾個(gè)原子厚)。這就是手機(jī)尺寸縮小，太陽(yáng)能電池板如雨后春筍般出現(xiàn)在世界各地的屋頂上的原因。但是，使用有機(jī)材料(從化學(xué)意義上講，就是指含有碳的物質(zhì))復(fù)制該制造過(guò)程非常棘手。

博士后研究員，共同第一作者余忠說(shuō)：“如果可以將材料制成原子上的薄層，則可以將它們堆疊成序列并獲得新的功能，這有很多理由使有機(jī)膜真正有用。”在紙上。“但是直到現(xiàn)在，控制薄膜的厚度并大量生產(chǎn)仍是非常具有挑戰(zhàn)性的。”

幸運(yùn)的是，化學(xué)和分子工程學(xué)教授Park Jiwoong Park是開(kāi)創(chuàng)超薄膜新方法的專家-無(wú)論是將晶體薄片縫合在一起還是像Post-Its一樣堆疊膜。

在這種情況下，團(tuán)隊(duì)會(huì)從混合兩種不混合的液體(例如油和水)時(shí)發(fā)生的頑固分離中獲得靈感。從本質(zhì)上講，他們使用在它們之間形成的線條像模具一樣，以形成完美的薄而平坦的薄膜。

他們將液體A注入反應(yīng)器的中途，然后加入液體B。在兩者相遇的管線處，他們使用一根細(xì)管將其余的成分注入，并組裝成薄膜。然后，科學(xué)家蒸發(fā)或排出液體，然后薄膜輕輕滑下以保持完好無(wú)損。

掃描隧道電子顯微鏡照片顯示了薄層，每層厚幾納米。對(duì)于指甲而言，指甲的生長(zhǎng)速度約為每秒1納米。圖片提供：Ariana Ray

帕克說(shuō)：“到目前為止，如果您像布一樣思考它，人們只能制作補(bǔ)丁，而這些補(bǔ)丁都是巨大的織物卷。”

值得注意的是，薄膜以連續(xù)運(yùn)動(dòng)的形式生長(zhǎng)，因此貼片之間沒(méi)有笨拙的接頭。另外，它可以在室溫下進(jìn)行，這比制造無(wú)機(jī)膜通常需要的極高的溫度要有效得多。

該方法還提供了一種結(jié)合有機(jī)層和無(wú)機(jī)層的創(chuàng)新方法。該論文的另一位第一作者，同時(shí)也是第一作者的研究生成寶瑞說(shuō)：“無(wú)機(jī)和有機(jī)材料具有可以互補(bǔ)的不同優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，但是生長(zhǎng)它們的條件是如此不同，以至于它們很難相處。” 。

不過(guò)，用這種方法，“將無(wú)機(jī)基質(zhì)放在反應(yīng)器的地板上，現(xiàn)在您有了漂亮的三明治”，Park說(shuō)。

他們測(cè)試了薄膜如何用作電容器，并發(fā)現(xiàn)了良好的性能，這是電子產(chǎn)品振奮人心的跡象。

但是該團(tuán)隊(duì)還有更多的想法：納米機(jī)器人，暴露于水或光線時(shí)會(huì)彎曲或變直的織物，用于過(guò)濾水或增強(qiáng)電池的膜，檢測(cè)毒素的傳感器，甚至是未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)用的位。

Zhong表示：“這實(shí)際上是集成聚合物的通用平臺(tái)的演示。” “我們可以看到許多用途和機(jī)會(huì)，我們已經(jīng)在調(diào)查其中的一些。”

芝加哥大學(xué)的博士后研究員Chibeom Park，Andrew Mannix，Jae-Ung?? Lee，Joonki Suh和Kibum Kang以及研究生Fauzia Mujid，Sarah Brown和Kan-Heng Lee也是該研究的合著者，史蒂芬·西本納(Steven Sibener)，卡爾·威廉姆(Carl William)芝加哥大學(xué)Eisendrath杰出化學(xué)服務(wù)教授;康奈爾大學(xué)的David Muller教授和研究生Ariana Ray;和Argonne實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Hua Zhou。

該團(tuán)隊(duì)使用了芝加哥大學(xué)的普利茲克大學(xué)納米制造設(shè)施和材料研究科學(xué)與工程中心，以及阿貢實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光子源。Park目前正在與芝加哥大學(xué)的Polsky創(chuàng)業(yè)與創(chuàng)新中心合作，以促進(jìn)這一發(fā)現(xiàn)。