Forskare vid Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) under ledning av Dr Kamal Asadi har löst en fyra decennier lång utmaning med att producera mycket tunna nylonfilmer som kan användas i elektroniska minneskomponenter, till exempel. De tunna nylonfilmerna är flera hundra gånger tunnare än ett människohår, och skulle därmed kunna vara attraktiva för tillämpningar i böjbara elektroniska apparater eller för elektronik i kläder.

När mikroelektronikindustrin går över mot bärbar elektronik och e-textilier, forskare integrerar elektroniska material som ferroelektrik med textilier. Nylon, en familj av syntetiska polymerer, introducerades först på 1920-talet för damstrumpor, och är idag bland de mest använda syntetfibrerna i textilier. De består av en lång kedja av upprepade molekylenheter, dvs polymerer, där varje upprepad enhet innehåller ett specifikt arrangemang av väte, syre och kväve med kolatomer.

Nyloner uppvisar också så kallade "ferroelektriska egenskaper". Detta innebär att positiva och negativa elektriska laddningar kan separeras, och detta tillstånd kan bibehållas. Ferroelektriska material används i sensorer, ställdon, minne och energiskördande enheter. Fördelen med att använda polymerer är att de kan göras flytande med lämpliga lösningsmedel och därför bearbetas från lösning till låg kostnad för att bilda flexibla tunna filmer som är lämpliga för elektroniska enheter såsom kondensatorer, transistorer och dioder. Detta gör ferroelektriska polymerer till ett hållbart val för integration med e-textilier. Även om nylonpolymerer har betydande kommersiella tillämpningar i tyger och fibrer, deras tillämpning i elektroniska apparater har hindrats eftersom det var omöjligt att skapa högkvalitativa tunna filmer av ferroelektriska nyloner genom lösningsbearbetning.

Forskare vid MPI-P, i samarbete med forskare från Johannes Gutenberg University of Mainz och Lodz University of Technology, har nu löst detta 40-åriga problem, och utvecklade en metod för att tillverka ferroelektriska tunnfilmskondensatorer av nylon genom att lösa nylon i en blandning av trifluorättiksyra och aceton och stelna det igen i vakuum. De kunde realisera tunna nylonfilmer som vanligtvis bara är några 100 nanometer tjocka, flera 100 gånger tunnare än människohår. "Med den här metoden, vi har producerat extremt släta tunna filmer. Det här är väldigt viktigt, eftersom det förhindrar elektriskt genombrott av, till exempel, kondensatorer, och därigenom förstöra de elektroniska kretsarna. På samma gång, mjukheten möjliggör framkallning av transparenta tunna filmer och så småningom, genomskinliga elektroniska enheter, " säger Dr Kamal Asadi, gruppledare på MPI-P.

Genom att använda deras nyutvecklade metod, gruppen kring Kamal Asadi kunde tillverka högpresterande nylonkondensatorer. Forskarna utsatte prototyperna av kondensatorerna för utökade spänningscykler och demonstrerade robustheten hos ferroelektriska nylon under miljontals driftcykler. De tunna nylonfilmerna kan bli en viktig komponent för användning i flexibel elektronik i framtiden och hitta tillämpningar i böjbara elektroniska apparater eller för elektronik i kläder. Dessa nya rön banar vägen mot multifunktionella tyger som fungerar som tyg för att täcka vår kropp och samtidigt kan generera elektricitet från våra kroppsrörelser.

Deras resultat har nu publicerats i tidskriften Vetenskapens framsteg .