Ein Play-Doh-ähnliches Material, das sich wie Kunststoff biegt, aber Elektrizität wie Metall leitet, könnte bald die Elektronikindustrie aufrütteln, indem es iPhones, Solarmodule und andere Geräte effizienter mit Strom versorgt.
Die Innovation, die von Wissenschaftlern der University of Chicago entwickelt wurde, wurde ermöglicht, indem Molekülfragmente in einer durcheinandergebrachten und unorganisierten Formation angeordnet wurden, anstatt in den traditionellen geraden, dicht gepackten Reihen, die Flexibilität ermöglichten.
Obwohl Wissenschaftler von ihrer Erfindung verblüfft sind, sind sie erstaunt darüber, dass das Material bei Raumtemperatur geformt werden kann, anstatt wie herkömmliches Metall geschmolzen werden zu müssen.
Die Wissenschaftler sagten, das neue Material sei wie „leitfähiges Play-Doh – man kann es an Ort und Stelle einschlagen und es leitet Elektrizität“, sagte John Anderson, der leitende Autor der Studie, in einer Erklärung.
Die Innovation, die von Wissenschaftlern der University of Chicago entwickelt wurde, war möglich, indem Molekülfragmente in einer durcheinandergebrachten und desorganisierten Formation angeordnet wurden, anstatt in den traditionellen geraden, dicht gepackten Reihen, die Flexibilität ermöglichten
„Im Prinzip eröffnet dies das Design einer ganz neuen Klasse von Materialien, die Strom leiten, gut formbar und im Alltag sehr robust sind.“ Anderson fuhr fort.
Metalle sind die älteste und größte Gruppe von Leitern, zu denen Kupfer, Gold und Aluminium gehören.
Allerdings haben Wissenschaftler erst vor 50 Jahren neue Leiter aus organischen Materialien entwickelt.
Dies geschah mit einer chemischen Behandlung, die als „Doping“ bekannt ist und bei der verschiedene Atome oder Elektronen durch das Material gestreut werden.
Die Wissenschaftler glauben, dass das neue Material Geräte wie ein iPhone und Sonnenkollektoren effizienter mit Strom versorgen könnte
Zu dieser Zeit begannen Wissenschaftler auch, Atome oder Moleküle in geraden, dicht gepackten Reihen zu organisieren – in der Annahme, dass dies die einzige Formation sei, die Elektrizität effizient leiten könne.
Jiaze Xie, der Erstautor der Arbeit, der dieses Jahr an der Universität promoviert wurde, bastelte an Materialien, die vor Jahren entdeckt wurden, aber weitgehend ignoriert wurden.
Er fädelte Nickelatome wie Perlen in eine Kette aus molekularen Perlen aus Kohlenstoff und Schwefel und begann mit den Tests.
Die Ergebnisse zeigten, dass das neue Material Elektrizität leicht leitete, wenn nicht stärker als herkömmliche Leiter.
„Wir haben es erhitzt, gekühlt, Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt und sogar Säure und Base darauf getropft, und nichts ist passiert“, sagte Xie, während er anmerkte, dass eine solche Fähigkeit eine bahnbrechende Funktion in der realen Welt ist.
Anderson stellt fest, dass das Material, wenn man sich die Bildung der Moleküle ansieht, auf keinen Fall ein Metall sein sollte – aber es ist es.
Xie, Anderson und ihr Labor arbeiteten mit anderen Wissenschaftlern der Universität zusammen, um zu verstehen, wie das Material Elektrizität leiten kann.
Nach Tests, Simulationen und theoretischen Arbeiten glauben sie, dass das Material Schichten bildet, wie Blätter in einer Lasagne.
Selbst wenn sich die Blätter seitwärts drehen und keinen sauberen Lasagnestapel mehr bilden, können sich Elektronen horizontal oder vertikal bewegen – solange sich die Stücke berühren.
Das Endergebnis ist für ein leitfähiges Material beispiellos.
Das neue Material unterliegt keiner solchen Einschränkung, da es bei Raumtemperatur hergestellt werden kann. Es kann auch dort eingesetzt werden, wo die Notwendigkeit, dass ein Gerät oder Teile des Geräts Hitze, Säure oder Alkalität oder Feuchtigkeit standhalten müssen, die Möglichkeiten der Ingenieure zur Entwicklung neuer Technologien bisher eingeschränkt hat.
Das Team untersucht auch die verschiedenen Formen und Funktionen, die das Material annehmen könnte.
“Wir denken, wir können es 2D oder 3D machen, es porös machen oder sogar andere Funktionen einführen, indem wir verschiedene Linker oder Knoten hinzufügen”, sagte Xie.