Les polymères semi-conducteurs sont un groupe indiscipliné, mais les ingénieurs de l'Université du Michigan ont développé une nouvelle méthode pour les mettre en ligne qui pourrait ouvrir la voie à moins cher, plus vert, électronique en plastique "à peindre".

"C'est pour la première fois une couche mince, conduire, film hautement aligné pour de hautes performances, peut être peint, électronique en plastique directement inscriptible, " dit Jinsang Kim, U-M professeur de science et d'ingénierie des matériaux, qui a dirigé les recherches publiées dans Matériaux naturels .

Les semi-conducteurs sont l'ingrédient clé des processeurs informatiques, cellules solaires et écrans LED, mais ils sont chers. Les semi-conducteurs inorganiques comme le silicium nécessitent des températures élevées supérieures à 2, 000 degrés Fahrenheit et des systèmes de vide coûteux pour la transformation en électronique, mais les semi-conducteurs organiques et plastiques peuvent être préparés sur une paillasse de laboratoire de base.

Le problème, c'est que les porteurs de charge, comme les électrons, ne peuvent pas se déplacer à travers les plastiques aussi facilement qu'ils peuvent se déplacer à travers les semi-conducteurs inorganiques, dit Kim. Cela s'explique en partie par le fait que chaque molécule de polymère semi-conducteur est comme un fil court, et ces fils sont disposés au hasard.

"La mobilité des charges le long des chaînes polymères est beaucoup plus rapide qu'entre les polymères, ", a déclaré Kim.

Pour profiter de la bonne conduction le long des polymères, des groupes de recherche ont essayé de les aligner sur une autoroute payante, mais c'est un peu comme essayer d'arranger des linguines nanoscopiques.

Le groupe de Kim a abordé le problème en fabriquant des polymères semi-conducteurs plus intelligents. Ils voulaient une solution polymère liquide qu'ils pouvaient brosser sur une surface, et les molécules s'aligneraient automatiquement les unes avec les autres dans la direction du trait, assemblage en couches minces semi-conductrices hautes performances.

D'abord, ils ont conçu les polymères pour qu'ils soient glissants - les polymères ordinaires se rassemblent comme des nouilles plates laissées au réfrigérateur, dit Kim. En choisissant des polymères au twist naturel, l'équipe les a empêchés de se coller les uns aux autres dans la solution. Mais pour aligner pendant le coup de pinceau, les polymères nécessaires pour s'attirer subtilement les uns les autres. Les surfaces planes feraient cela, L'équipe a donc conçu son polymère pour qu'il se détende au fur et à mesure que le solvant s'assèche.

Ils ont empêché les polymères non alignés de former de gros morceaux en ajoutant des bras flexibles qui s'étendaient sur les côtés de l'appartement, polymère filiforme. Ces bras empêchaient un contact trop étroit entre les polymères tandis que l'encombrement des bras les empêchait de s'accrocher les uns aux autres. Les polymères avec ces propriétés s'aligneront dans la direction d'une force appliquée, comme le remorqueur d'un pinceau.

"C'est une grande avancée, ", a déclaré Kim. "Nous avons établi un principe de conception moléculaire complet de polymères semi-conducteurs avec une capacité d'alignement dirigé."

Et il fonctionne. L'équipe a fabriqué des molécules correspondant à leur conception et construit un dispositif pour étaler la solution de polymère sur des surfaces telles que le verre ou un film plastique souple. La force de la lame de silicium, se déplaçant à vitesse constante à travers le polymère liquide, suffisait à aligner les molécules.

L'équipe a ensuite construit le film semi-conducteur dans un simple transistor, une version des composants électroniques qui composent les processeurs informatiques. L'appareil a démontré l'importance de l'alignement du polymère en montrant que les porteurs de charge se déplaçaient 1, 000 fois plus rapide dans la direction parallèle au coup de pinceau de la lame de silicium qu'en traversant la direction du coup.

"En combinant le principe de conception moléculaire établi avec un polymère qui a une très bonne mobilité intrinsèque des porteurs de charge, nous pensons que cela fera une énorme différence dans l'électronique organique, ", a-t-il déclaré. "Nous développons actuellement une méthode de fabrication polyvalente afin de réaliser des composants électroniques en plastique haute performance et pouvant être peints à diverses échelles de longueur, du nanomètre au mètre."

Kim pense que la technique fonctionnera aussi bien avec des pointes de stylo à l'échelle atomique ou de gros applicateurs en forme de truelle pour fabriquer des appareils électroniques de toutes tailles tels que des écrans LED ou des revêtements absorbant la lumière pour les cellules solaires.

L'article est intitulé "Un principe de conception moléculaire de polymères conjugués à cristaux liquides lyotropes avec une capacité d'alignement dirigé pour l'électronique plastique".