微小有机薄膜的发明可以实现新的电子产品

1983年发布的第一部手机大小只有砖块，重达两磅半。今年秋天发布的最新Apple Watch重1.1盎司。

通过发现新的和有创造性的材料组合方法，可以实现这种技术飞跃，这种方法可以将更多的信息和电路封装到越来越小的包装中。

首先，芝加哥大学的科学家与康奈尔大学和阿贡实验室的研究人员合作，发现了一种简单有效的方法来生长极薄的有机材料薄膜。这项发现于11月7日发表在《科学》杂志上，可能成为未来具有新功能的电子产品或技术的垫脚石。

长期以来，科学家们已经知道如何用无机材料制作极薄的层(低至几个原子厚)。这就是手机尺寸缩小，太阳能电池板如雨后春笋般出现在世界各地的屋顶上的原因。但是，使用有机材料(从化学意义上讲，就是指含有碳的物质)复制该制造过程非常棘手。

博士后研究员，共同第一作者余忠说：“如果可以将材料制成原子上的薄层，则可以将它们堆叠成序列并获得新的功能，这有很多理由使有机膜真正有用。”在纸上。“但是直到现在，控制薄膜的厚度并大量生产仍是非常具有挑战性的。”

幸运的是，化学和分子工程学教授Park Jiwoong Park是开创超薄膜新方法的专家-无论是将晶体薄片缝合在一起还是像Post-Its一样堆叠膜。

在这种情况下，团队会从混合两种不混合的液体(例如油和水)时发生的顽固分离中获得灵感。从本质上讲，他们使用在它们之间形成的线条像模具一样，以形成完美的薄而平坦的薄膜。

他们将液体A注入反应器的中途，然后加入液体B。在两者相遇的管线处，他们使用一根细管将其余的成分注入，并组装成薄膜。然后，科学家蒸发或排出液体，然后薄膜轻轻滑下以保持完好无损。

扫描隧道电子显微镜照片显示了薄层，每层厚几纳米。对于指甲而言，指甲的生长速度约为每秒1纳米。图片提供：Ariana Ray

帕克说：“到目前为止，如果您像布一样思考它，人们只能制作补丁，而这些补丁都是巨大的织物卷。”

值得注意的是，薄膜以连续运动的形式生长，因此贴片之间没有笨拙的接头。另外，它可以在室温下进行，这比制造无机膜通常需要的极高的温度要有效得多。

该方法还提供了一种结合有机层和无机层的创新方法。该论文的另一位第一作者，同时也是第一作者的研究生成宝瑞说：“无机和有机材料具有可以互补的不同优势和劣势，但是生长它们的条件是如此不同，以至于它们很难相处。” 。

不过，用这种方法，“将无机基质放在反应器的地板上，现在您有了漂亮的三明治”，Park说。

他们测试了薄膜如何用作电容器，并发现了良好的性能，这是电子产品振奋人心的迹象。

但是该团队还有更多的想法：纳米机器人，暴露于水或光线时会弯曲或变直的织物，用于过滤水或增强电池的膜，检测毒素的传感器，甚至是未来的量子计算机用的位。

Zhong表示：“这实际上是集成聚合物的通用平台的演示。” “我们可以看到许多用途和机会，我们已经在调查其中的一些。”

芝加哥大学的博士后研究员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也是该研究的合著者，史蒂芬·西本纳(Steven Sibener)，卡尔·威廉姆(Carl William)芝加哥大学Eisendrath杰出化学服务教授;康奈尔大学的David Muller教授和研究生Ariana Ray;和Argonne实验室的科学家Hua Zhou。

该团队使用了芝加哥大学的普利兹克大学纳米制造设施和材料研究科学与工程中心，以及阿贡实验室的先进光子源。Park目前正在与芝加哥大学的Polsky创业与创新中心合作，以促进这一发现。