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    A invenção de filmes orgânicos minúsculos pode permitir novos eletrônicos

    Os cientistas descobriram um novo método para juntar milhares de moléculas orgânicas em um filme plano e liso com apenas alguns nanômetros de espessura, mostrado aqui nesta ilustração. Crédito:Baorui Cheng

    O primeiro celular, lançado em 1983, era do tamanho de um tijolo e pesava um quilo e meio. O mais novo Apple Watch, lançado neste outono, pesa 1,1 onças.

    Esse tipo de salto tecnológico foi possibilitado pela descoberta de maneiras novas e criativas de combinar materiais, que pode embalar mais informações e circuitos em pacotes cada vez menores.

    Em um primeiro, cientistas da Universidade de Chicago, em colaboração com pesquisadores da Cornell University e do Argonne National Laboratory, descobriram um fácil, maneira eficiente de cultivar filmes extremamente finos de materiais orgânicos. As evidências, publicado em 7 de novembro em Ciência , pode ser um trampolim para a eletrônica do futuro ou tecnologias com novas habilidades.

    Os cientistas sabem há muito tempo como fazer camadas extremamente finas - com espessura de alguns átomos - de materiais inorgânicos. É assim que os telefones celulares diminuíram de tamanho e os painéis solares surgiram nos telhados ao redor do mundo. Mas duplicar esse processo de fabricação com materiais orgânicos (no sentido químico, isso é, algo que contém carbono) tem sido complicado.

    "Se você pode transformar materiais em camadas atomicamente finas, você pode empilhá-los em sequências e obter novas funções, e há ótimas razões para pensar que filmes orgânicos podem ser realmente úteis, "disse Yu Zhong, um pesquisador de pós-doutorado e co-autor no artigo. "Mas até agora tem sido muito desafiador controlar a espessura do filme, e para fazê-los em grandes quantidades. "

    Felizmente, O professor de química e engenharia molecular Jiwoong Park é um especialista em novas maneiras pioneiras de fazer filmes ultrafinos - seja costurando folhas cristalinas ou empilhando filmes como Post-its.

    Nesse caso, a equipe se inspirou na separação teimosa que acontece quando você mistura dois líquidos que não se misturam, como óleo e água. Em essência, eles usaram a linha que se forma entre eles como um molde para criar uma linha perfeita, filme plano.

    Eles enchem um reator até a metade com o líquido A, em seguida, adicione o líquido B. Na linha onde os dois se encontram, eles usam um tubo minúsculo para injetar o resto dos ingredientes, que se montam em um filme. Então os cientistas evaporam ou drenam os líquidos, e o filme desliza suavemente para baixo para descansar intacto.

    Uma foto do microscópio eletrônico de tunelamento de varredura mostra as camadas finas, cada um com alguns nanômetros de espessura. Para escala, suas unhas crescem cerca de um nanômetro por segundo. Crédito:Ariana Ray

    "Se você pensa nisso como um pano, Até a presente data, as pessoas só conseguiram fazer remendos - e esses são rolos gigantescos de tecido, "Park disse.

    Notavelmente, o filme cresce em um movimento contínuo, portanto, não há juntas estranhas entre os remendos. Adicionalmente, pode ser realizado em temperatura ambiente, um procedimento muito mais eficiente do que as temperaturas extremamente altas normalmente necessárias para a fabricação de filmes inorgânicos.

    O método também fornece uma maneira inovadora de combinar camadas orgânicas e inorgânicas. "Os materiais inorgânicos e orgânicos têm diferentes pontos fortes e fracos que podem se complementar, mas as condições para cultivá-los são tão diferentes que tem sido um desafio fazer com que eles se dêem bem, "disse o estudante de graduação Baouri Cheng, o outro co-primeiro autor do artigo.

    Neste método, no entanto, "colocar um substrato inorgânico no piso do reator, e agora voce tem um lindo sanduiche, "Park disse.

    Eles testaram como os filmes funcionam como capacitores elétricos, e encontrou um bom desempenho - um sinal encorajador para a eletrônica.

    Mas a equipe tem muito mais ideias:nanorrobôs, um tecido que dobra ou endireita quando exposto à água ou luz, membranas para filtrar a água ou aumentar as baterias, sensores que detectam toxinas, e até mesmo bits para computadores quânticos do futuro.

    "Esta é realmente uma demonstração de uma plataforma geral para integração de polímeros, "Zhong disse." Podemos ver uma infinidade de usos e oportunidades, e já estamos investigando alguns deles. "

    Pesquisadores de pós-doutorado da UChicago Chibeom Park, Andrew Mannix, Jae-Ung ​​Lee, Joonki Suh e Kibum Kang e os alunos de graduação Fauzia Mujid, Sarah Brown e Kan-Heng Lee também foram co-autores do estudo, bem como Steven Sibener, o Distinguished Service Professor of Chemistry de Carl William Eisendrath na UChicago; O professor David Muller e a estudante de pós-graduação Ariana Ray na Cornell University; e Hua Zhou, cientista do Laboratório Nacional de Argonne.

    A equipe usou o Centro de Engenharia e Instalações de Nanofabricação Pritzker da Universidade de Chicago, bem como a Advanced Photon Source no Argonne National Laboratory. Park está trabalhando atualmente com o Centro Polsky para Empreendedorismo e Inovação da Universidade de Chicago para promover a descoberta.


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