Forskare har hittat ett sätt att använda polymertryck för att sträcka och platta ut vridna molekyler så att de leder elektricitet bättre. Ett team ledd av kemiska och biomolekylära ingenjörer från University of Illinois rapporterar sina resultat i tidskriften Vetenskapens framsteg .

Konjugerade polymerer bildas genom föreningen av elektronrika molekyler längs en ryggrad av omväxlande enkel- och dubbelkemiska bindningar. Konjunktionen tillåter elektricitet att färdas mycket snabbt genom en polymer, vilket gör den mycket önskvärd för användning i elektriska och optiska tillämpningar. Detta sätt att transportera laddningar fungerar så bra att konjugerade polymerer nu är redo att konkurrera med kiselmaterial, sa forskarna.

Dock, dessa polymerer tenderar att förvrängas till vridna spiraler när de går samman, kraftigt försvårar laddningstransporten.

"Planheten eller planheten hos en konjugerad polymer spelar en stor roll för dess förmåga att leda elektricitet, " sa professor Ying Diao i kemi och biomolekylär teknik, som ledde studien. "Även en liten vridning av ryggraden kan avsevärt hindra elektronernas förmåga att delokalisera och flöda."

Det är möjligt att platta till konjugerade polymerer genom att applicera ett enormt tryck eller genom att manipulera deras molekylära struktur, men båda teknikerna är mycket arbetskrävande, sa Diao. "Det finns verkligen inget enkelt sätt att göra det här."

Postdoktor Kyung Sun Park och doktorand Justin Kwok märkte något när de körde utskriftsexperiment och flödessimuleringar i Diaos labb. Polymerer går igenom två distinkta flödesfaser under utskrift:Den första fasen inträffar när kapillärverkan drar på polymerbläcket när det börjar avdunsta, och den andra fasen är resultatet av de krafter som utövas av tryckbladen och substratet, sa forskarna.

"Park och Kwok avslöjade en annan fas som inträffar under tryckning där polymererna verkar ha väldigt olika egenskaper, ", sa Diao. "Denna tredje fas inträffar mellan de två redan definierade faserna, och visar att polymererna sträcks till plana former."

Inte bara är polymererna sträckta och tillplattade i denna tredje fas, men de förblir också så efter att ha fällts ut ur lösningen, Diao sa, gör det möjligt att finjustera skrivarinställningarna för att producera konjugerade polymerer för användning i nya, snabbare biomedicinsk utrustning och flexibel elektronik.

"Vi upptäcker en hel djurpark av nya polymerfaser, alla känsliga för de krafter som uppstår under tryckprocessen, ", sa Diao. "Vi föreställer oss att dessa outforskade jämvikter och flödesinducerade faser i slutändan kommer att omvandlas till nya konjugerade polymerer med spännande optoelektroniska egenskaper."