När det kommer till effektivitet, ibland hjälper det att vända sig till Moder Natur för råd - även inom så avancerad teknik som utskrivbar, flexibel elektronik.

Forskare vid University of Illinois har utvecklat bioinspirerade dynamiska mallar som används för att tillverka organiska halvledarmaterial som producerar utskrivbar elektronik. Den använder en process som liknar biomineralisering - det sätt som ben och tänder bildas. Denna teknik är också miljövänlig jämfört med hur konventionell elektronik tillverkas, vilket ger forskarna chansen att ge naturen tillbaka tjänsten.

Mallar används för att göra nästan perfekta halvledare för att förbättra deras elektroniska egenskaper, eller för att modulera avståndet mellan atomer för bättre elektroniska egenskaper. Dessa mallar hjälper till att rätta in atomerna i halvledarmaterial, typiskt kisel eller germanium, i den form som behövs.

Dock, denna konventionella metod fungerar bara bra för stela nanoelektroniska enheter. Ju större, mer oordnade organiska polymermolekyler som behövs för att göra flexibel elektronik kan inte ordnas runt en fast mall.

I en ny rapport i tidskriften Naturkommunikation , professor Ying Diao, doktoranden Erfan Mohammadi och medförfattare beskriver hur den biomineraliseringsliknande tekniken fungerar.

I naturen, vissa biologiska organismer bygger mineraliserade strukturer genom att skörda eller rekrytera oorganiska joner med hjälp av flexibla biologiska polymerer. Liknande, mallarna som Diaos grupp utvecklade består av joner som omkonfigurerar sig runt halvledarpolymerernas atomära struktur. Den här vägen, de stora polymermolekylerna kan bilda högordnade, mallstruktur, sa Diao.

Denna mycket ordnade struktur övervinner kvalitetskontrollproblemen som har plågat organiska halvledare, bromsa utvecklingen av flexibla enheter.

"Våra mallar tillåter oss att kontrollera sammansättningen av dessa polymerer genom att uppmuntra dem att arrangera på molekylär nivå. Till skillnad från tryckning av tidningar, där ordningen på bläckmolekylerna inte spelar någon roll, det är avgörande inom elektronik, " sa Diao.

Tillverkningsprocessen som kan använda dessa dynamiska mallar är också miljövänlig. Till skillnad från konventionella halvledartillverkningsmetoder, som kräver temperaturer på ca 3, 000 grader Fahrenheit och producera en betydande mängd organiskt avfall, denna process producerar lite avfall och kan göras vid rumstemperatur, sänka energikostnaderna, sa Diao.

"Vår forskning ser till naturen för lösningar, " sa Diao. "I naturen, polymerer används för att malla joner, och vi gjorde tvärtom - vi använder joner för att malla polymerer för att producera flexibla, lättvikt, biointegrerad elektronik till låg kostnad och stor skala."