Nanoengineers vid University of California, San Diego frågar vad som kan vara möjligt om halvledarmaterial var flexibla och töjbara utan att offra elektronisk funktion?

Dagens flexibla elektronik möjliggör redan en ny generation bärbara sensorer och andra mobila elektroniska enheter. Men denna flexibla elektronik, där mycket tunna halvledarmaterial appliceras på en tunn, flexibelt underlag i vågiga mönster och appliceras sedan på en deformerbar yta som hud eller tyg, är fortfarande byggda kring hårda kompositmaterial som begränsar deras elasticitet.

Skriver i tidningen Materialkemi , UC San Diego Jacobs School of Engineering professor Darren Lipomi rapporterar om flera nya upptäckter av hans team som kan leda till elektronik som är "molekylärt töjbar".

Lipomi jämförde skillnaden mellan flexibel och töjbar elektronik med vad som skulle hända om du försökte slå in en basket med antingen ett pappersark eller ett tunt gummiark. Papperet skulle skrynkla, medan gummit skulle anpassa sig till bollens yta.

"Vi utvecklar designreglerna för en ny generation plast - eller bättre, gummi - elektronik för applikationer inom energi, biomedicinska anordningar, bärbara och anpassningsbara anordningar för försvarsapplikationer, och för konsumentelektronik, "sa Lipomi." Vi tar dessa designregler och gör våtkemi i labbet för att göra nya halvledande gummimaterial. "

Medan flexibel elektronik baserad på tunnfilms halvledare närmar sig kommersialisering, töjbara elektroniska material och enheter är i sin linda. Töjbara elektroniska material skulle kunna anpassas till icke-plana ytor utan att bli skrynkliga och kan integreras med rörliga delar av maskiner och kroppen på ett sätt som material som uppvisar endast flexibilitet inte kan vara det. Till exempel, en av de huvudsakliga applikationerna som Lipomi föreställer sig är en lågkostnad "solar presenning" som kan fällas ihop för förpackning och sträckas ut för att leverera låg kostnad energi till byar på landsbygden, katastrofhjälpsinsatser och militären som verkar på avlägsna platser. Ett annat långsiktigt mål för Lipomi-labbet är att producera elektroniska polymerer vars egenskaper-extrem elasticitet, biologisk nedbrytbarhet, och självreparation-inspireras av biologisk vävnad för applikationer i implanterbara biomedicinska apparater och proteser.

Lipomi har studerat varför molekylstrukturerna i dessa "gummi" halvledare gör att vissa blir mer elastiska än andra. I ett projekt som nyligen publicerades i tidskriften Macromolecules, Lipomi -labbet upptäckte att polymerer med strängar med sju kolatomer fästa ger exakt rätt balans mellan töjbarhet och funktionalitet. Den balansen är nyckeln till att producera enheter som är "flexibla, töjbar, hopfällbar och sprickskyddad. "

Lipomis team har också skapat en högpresterande, "låg bandgap" elastisk halvledande polymer med hjälp av en ny syntetisk strategi som laget uppfann. Fasta polymerer är delvis kristallina, vilket ger dem goda elektriska egenskaper, men gör också polymermaterialet styvt och sprött. Genom att införa slumpmässighet i polymerens molekylstruktur, Lipomis labb ökade sin elasticitet med en faktor två utan att minska materialets elektroniska prestanda. Deras upptäckt, publicerad i RSC Advances, är också användbart för applikationer i töjbara och ultraflexibla enheter.