Forskare har identifierat en mekanism som utlöser formminnesfenomen i organiska kristaller som används i plastelektronik. Formskiftande strukturmaterial är gjorda av metallegeringar, men den nya generationen av ekonomisk utskrivbar plastelektronik är redo att dra nytta av detta fenomen, för. Formminnesmaterialvetenskap och plastelektronikteknik, när de slås samman, kan öppna dörren till framsteg inom lågeffektelektronik, medicinsk elektronik och multifunktionella formminnesmaterial.

Resultaten publiceras i tidskriften Naturkommunikation och bekräfta formminnesfenomenet i två organiska halvledarmaterial.

Enheter som expanderbara stentar som öppnar och avblockerar tilltäppta mänskliga blodkärl använder formminnesteknik. Värme, ljus och elektriska signaler, eller mekaniska krafter skickar information genom enheterna som säger åt dem att expandera, kontrakt, böja och förvandla tillbaka till sin ursprungliga form - och kan göra det upprepade gånger, som en orm som drar ihop sig för att svälja sin middag. Denna effekt fungerar bra med metaller, men förblir svårfångad i syntetiska organiska material på grund av komplexiteten hos de molekyler som används för att skapa dem.

"Formminnesfenomenet är vanligt i naturen, men vi är inte riktigt säkra på naturens designregler på molekylär nivå, " sa professor i kemisk och biomolekylär teknik och medförfattare till studien, Ying Diao. "Naturen använder organiska föreningar som skiljer sig mycket från de metallegeringar som används i formminnesmaterial på marknaden idag, ", sa Diao. "I naturligt förekommande formminnesmaterial, molekylerna omvandlas i samarbete, vilket innebär att de alla rör sig tillsammans under formbyte. Annat, dessa material skulle splittras och formförändringen skulle inte vara reversibel och ultrasnabb."

Upptäckten av formminnesmekanismen i syntetiskt organiskt material var ganska slumpmässigt, sa Diao. Teamet skapade av misstag stora organiska kristaller och var nyfikna på att ta reda på hur de skulle omvandla given värme.

"Vi tittade på enkristallerna under ett mikroskop och fann att omvandlingsprocessen är dramatiskt annorlunda än vi förväntade oss, " sa doktorand och medförfattare Hyunjoong Chung. "Vi såg samordnade rörelser av ett helt lager av molekyler som svepte genom kristallen som verkar driva formminneseffekten - något som sällan observeras i organiska kristaller och därför till stor del är outforskat. "

Denna oväntade observation ledde till att teamet ville utforska sammanslagningen mellan materialvetenskap med formminne och området organisk elektronik, sa forskarna. "Dagens elektronik är beroende av transistorer för att slå på och av, vilket är en mycket energikrävande process, ", sa Diao. "Om vi ​​kan använda formminneseffekten i plasthalvledare för att modulera elektroniska egenskaper på ett samarbetssätt, det skulle kräva mycket låg energiinsats, potentiellt bidra till framsteg inom låg effekt och effektivare elektronik."

Teamet använder för närvarande värme för att demonstrera formminneseffekten, men experimenterar med ljusvågor, elektriska fält och mekanisk kraft för framtida demonstrationer. De undersöker också det molekylära ursprunget för formminnesmekanismen genom att justera molekylstrukturen hos deras material. "Vi har redan funnit att förändring av bara en atom i en molekyl kan avsevärt förändra fenomenet, " sa Chung.

Forskarna är mycket glada över den molekylära kooperativa aspekten som upptäckts med denna forskning och dess potentiella tillämpning på det nyligen vinnande Nobelprisbelönta konceptet med molekylära maskiner, sa Diao. "Dessa molekyler kan förändra konformationen kooperativt på molekylär nivå, och den lilla molekylära strukturförändringen förstärks över miljontals molekyler för att aktivera stora rörelser i makroskopisk skala."