微小有機薄膜的發(fā)明可以實現(xiàn)新的電子產(chǎn)品

1983年發(fā)布的第一部手機大小只有磚塊，重達兩磅半。今年秋天發(fā)布的最新Apple Watch重1.1盎司。

通過發(fā)現(xiàn)新的和有創(chuàng)造性的材料組合方法，可以實現(xiàn)這種技術飛躍，這種方法可以將更多的信息和電路封裝到越來越小的包裝中。

首先，芝加哥大學的科學家與康奈爾大學和阿貢實驗室的研究人員合作，發(fā)現(xiàn)了一種簡單有效的方法來生長極薄的有機材料薄膜。這項發(fā)現(xiàn)于11月7日發(fā)表在《科學》雜志上，可能成為未來具有新功能的電子產(chǎn)品或技術的墊腳石。

長期以來，科學家們已經(jīng)知道如何用無機材料制作極薄的層(低至幾個原子厚)。這就是手機尺寸縮小，太陽能電池板如雨后春筍般出現(xiàn)在世界各地的屋頂上的原因。但是，使用有機材料(從化學意義上講，就是指含有碳的物質(zhì))復制該制造過程非常棘手。

博士后研究員，共同第一作者余忠說：“如果可以將材料制成原子上的薄層，則可以將它們堆疊成序列并獲得新的功能，這有很多理由使有機膜真正有用。”在紙上。“但是直到現(xiàn)在，控制薄膜的厚度并大量生產(chǎn)仍是非常具有挑戰(zhàn)性的。”

幸運的是，化學和分子工程學教授Park Jiwoong Park是開創(chuàng)超薄膜新方法的專家-無論是將晶體薄片縫合在一起還是像Post-Its一樣堆疊膜。

在這種情況下，團隊會從混合兩種不混合的液體(例如油和水)時發(fā)生的頑固分離中獲得靈感。從本質(zhì)上講，他們使用在它們之間形成的線條像模具一樣，以形成完美的薄而平坦的薄膜。

他們將液體A注入反應器的中途，然后加入液體B。在兩者相遇的管線處，他們使用一根細管將其余的成分注入，并組裝成薄膜。然后，科學家蒸發(fā)或排出液體，然后薄膜輕輕滑下以保持完好無損。

掃描隧道電子顯微鏡照片顯示了薄層，每層厚幾納米。對于指甲而言，指甲的生長速度約為每秒1納米。圖片提供：Ariana Ray

帕克說：“到目前為止，如果您像布一樣思考它，人們只能制作補丁，而這些補丁都是巨大的織物卷。”

值得注意的是，薄膜以連續(xù)運動的形式生長，因此貼片之間沒有笨拙的接頭。另外，它可以在室溫下進行，這比制造無機膜通常需要的極高的溫度要有效得多。

該方法還提供了一種結(jié)合有機層和無機層的創(chuàng)新方法。該論文的另一位第一作者，同時也是第一作者的研究生成寶瑞說：“無機和有機材料具有可以互補的不同優(yōu)勢和劣勢，但是生長它們的條件是如此不同，以至于它們很難相處。” 。

不過，用這種方法，“將無機基質(zhì)放在反應器的地板上，現(xiàn)在您有了漂亮的三明治”，Park說。

他們測試了薄膜如何用作電容器，并發(fā)現(xiàn)了良好的性能，這是電子產(chǎn)品振奮人心的跡象。

但是該團隊還有更多的想法：納米機器人，暴露于水或光線時會彎曲或變直的織物，用于過濾水或增強電池的膜，檢測毒素的傳感器，甚至是未來的量子計算機用的位。

Zhong表示：“這實際上是集成聚合物的通用平臺的演示。” “我們可以看到許多用途和機會，我們已經(jīng)在調(diào)查其中的一些。”

芝加哥大學的博士后研究員Chibeom Park，Andrew Mannix，Jae-Ung?? Lee，Joonki Suh和Kibum Kang以及研究生Fauzia Mujid，Sarah Brown和Kan-Heng Lee也是該研究的合著者，史蒂芬·西本納(Steven Sibener)，卡爾·威廉姆(Carl William)芝加哥大學Eisendrath杰出化學服務教授;康奈爾大學的David Muller教授和研究生Ariana Ray;和Argonne實驗室的科學家Hua Zhou。

該團隊使用了芝加哥大學的普利茲克大學納米制造設施和材料研究科學與工程中心，以及阿貢實驗室的先進光子源。Park目前正在與芝加哥大學的Polsky創(chuàng)業(yè)與創(chuàng)新中心合作，以促進這一發(fā)現(xiàn)。