I en utveckling som är gynnsam för både industri och miljö, Forskare från UC Santa Barbara har skapat en högkvalitativ beläggning för organisk elektronik som lovar att minska bearbetningstiden såväl som energibehovet.

"Det går snabbare, och det är giftfritt, sa Kollbe Ahn, en forskningsfakultetsmedlem vid UCSB:s Marine Science Institute och motsvarande författare till en artikel publicerad i Nanobokstäver .

Vid tillverkning av polymerelektronik (även känd som "organisk") - tekniken bakom flexibla displayer och solceller - är materialet som används för att rikta och flytta ström av största vikt. Eftersom defekter minskar effektiviteten och funktionaliteten, särskild uppmärksamhet måste ägnas åt kvalitet, även ner till molekylär nivå.

Ofta kan det innebära långa handläggningstider, eller relativt ineffektiva processer. Det kan också innebära användning av giftiga ämnen. Alternativt tillverkare kan välja att påskynda processen, som kan kosta energi eller kvalitet.

Lyckligtvis, som det visar sig, effektivitet, prestanda och hållbarhet behöver inte alltid handlas mot varandra vid tillverkningen av denna elektronik. Letar du inte längre än campusstranden, UCSB-forskarna har hittat inspiration i blötdjuren som lever där. Musslor, som har fulländat konsten att hålla fast vid praktiskt taget vilken yta som helst i tidvattenzonen, tjäna som modell för en molekylärt jämn, självmonterat monolager för högrörliga polymerfälteffekttransistorer – i huvudsak, en ytbeläggning som kan användas vid tillverkning och bearbetning av den ledande polymeren som bibehåller dess effektivitet.

Mer specifikt, enligt Ahn, det var musslans vidhäftningsmekanism som väckte forskarnas intresse. "Vi är inspirerade av proteinerna i gränssnittet mellan plack och substrat, " han sa.

Innan musslor fäster sig på stenytorna, pålar eller andra strukturer som finns i den ogästvänliga tidvattenzonen, de utsöndrar proteiner genom den ventrala lunden på sina fötter, på ett stegvis sätt. I ett steg som förbättrar bindningsprestandan, ett tunt grundskikt av proteinmolekyler genereras först som en brygga mellan substratet och andra vidhäftande proteiner i placken som tippar byssus-trådarna på deras fötter för att övervinna barriären av vatten och andra föroreningar.

Den typen av zwitterjoniska molekyler – med både positiva och negativa laddningar – inspirerad av musslans naturliga proteiner (polyamfolyter), kan självmontera och bilda ett sub-nano tunt lager i vatten vid rumstemperatur på några sekunder. Det defektfria monoskiktet ger en plattform för ledande polymerer i lämplig riktning på olika dielektriska ytor.

Nuvarande metoder för att behandla silikonytor (den vanligaste dielektriska ytan), för produktion av organiska fälteffekttransistorer, kräver en batchbearbetningsmetod som är relativt opraktisk, sa Ahn. Även om värme kan påskynda detta steg, det innebär användning av energi och ökar risken för defekter.

Med denna bioinspirerade beläggningsmekanism, en kontinuerlig roll-to-roll doppbeläggningsmetod för att producera organiska elektroniska enheter är möjlig, enligt forskarna. Det undviker också användningen av giftiga kemikalier och deras bortskaffande, genom att ersätta dem med vatten.

"Den miljömässiga betydelsen av detta arbete är att dessa nya bioinspirerade primers möjliggör nanotillverkning på silikondioxidytor i frånvaro av organiska lösningsmedel, höga reaktionstemperaturer och giftiga reagenser, " sa medförfattaren Roscoe Lindstadt, en doktorandforskare vid UCSB:s kemiprofessor Bruce Lipshutzs labb. "För att utövare ska kunna byta till nyare, mer miljövänliga protokoll, de måste vara konkurrenskraftiga med befintliga, och lyckligtvis förbättras enhetens prestanda genom att använda denna "grönare" metod."