Wissenschaftler der University of Chicago haben einen Weg gefunden, ein Material zu schaffen, das wie Kunststoff hergestellt werden kann, aber Elektrizität wie ein Metall leitet.
Es ist eine Art leitfähiges „Play-Doh“: Es könnte zu einer ganz neuen Klasse elektronischer Geräte führen.
Die Forschung, veröffentlicht am 26. Oktober in Nature (Ich verlinke es dir hier) zeigt, wie man eine Art Material erzeugt, in dem die Molekülfragmente unordentlich und unordentlich sind, aber dennoch Elektrizität sehr gut leiten können.
Dies widerspricht allen Regeln, die wir für die Leitfähigkeit kennen: Um ein Beispiel zu nennen: Für Wissenschaftler ist es so, als würde man zusehen, wie ein Auto von der Straße abkommt, auf dem Wasser landet und mit 100 Meilen pro Stunde weiterfährt, ohne sein Verhalten zu ändern.
Auf dem Weg zu modellierbaren Elektrogeräten?
Die in Chicago gemachte Entdeckung ist teilweise unerklärlich und teilweise zufällig: genau wie alle großen Entdeckungen. Es könnte von außerordentlichem Nutzen sein.
„Im Prinzip eröffnet es die Entwicklung völlig neuer Geräte“, sagt er John Anderson, außerordentlicher Professor für Chemie an der University of Chicago und leitender Autor der Studie. „Wir werden in der Lage sein, Materialien zu erhalten, die Strom leiten, sich leicht formen lassen und für den täglichen Gebrauch sehr robust sind.“
„Es gibt keine Theorie, die das erklärt“
Wir wissen: Leitfähige Materialien sind entscheidend für Fernseher, Handys und andere elektronische Geräte. Die bekanntesten und beliebtesten sind Metalle: Kupfer, Gold, Aluminium.
Vor etwa 50 Jahren gelang es Wissenschaftlern, Leiter aus organischen Materialien mithilfe einer chemischen Behandlung, die als „Dotierung“ bezeichnet wird, herzustellen. Kurz gesagt, indem mehrere Atome oder Elektronen durch das Material gesprüht werden. Dies hat zu Materialien geführt, die flexibler und formbarer sind als herkömmliche Metalle. Das Problem besteht jedoch darin, dass sie nicht sehr stabil sind: Sie können ihre Leitfähigkeit verlieren, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt werden oder die Temperatur zu hoch wird.
Alle diese organischen metallischen Leiter haben ein gemeinsames Merkmal: Sie bestehen aus geraden und eng beieinander liegenden Reihen von Atomen oder Molekülen. Und Wissenschaftler dachten, dass dies die optimale Konfiguration sei, um Elektrizität gut zu leiten.
Als der Erstautor dieser Studie, Jiaze XieEr begann mit einigen vor Jahren entdeckten Materialien zu experimentieren, aber weitgehend ignoriert, entdeckte er etwas Überraschendes.
Indem er Nickelatome wie Perlen zu einer molekularen „Halskette“ aus Kohlenstoff und Schwefel aufreihte, stellte er fest, dass das resultierende Material Elektrizität leitete. Und er hat es sehr gut gemacht.
„Wir erhitzten es, kühlten es ab, setzten es Luft und Feuchtigkeit aus und besprühten es sogar mit Säure, aber nichts passierte“, sagen die Wissenschaftler. Und noch überraschender ist, dass die molekulare Struktur des Materials ungeordnet ist. „Das sollte kein Metall sein“, sagt Anderson. „Es gibt keine solide Theorie, um dies zu erklären.“
Wissenschaftler werden verrückt
Xie, Anderson und Kollegen versuchen herauszufinden, wie dieses „Zeug“ Elektrizität leiten könnte. Die Hypothese ist, dass das Material Schichten bildet, wie Blätter in einer Lasagne. Aus diesem Grund können sich die Elektronen auch durch Manipulation darin bewegen, solange diese dünnen Schichten Kontakt haben.
Das Endergebnis ist für ein leitfähiges Material beispiellos. Wie bereits erwähnt, ist es fast wie ein leitfähiges Play-Doh: Sie können es an Ort und Stelle drücken und es macht einfach weiter.
Wissenschaftler sind begeistert, dass die Entdeckung ein grundlegend neues Konstruktionsprinzip für elektronische Technologie nahelegt. Ein Prinzip, das praktisch unendlich viele Anwendungsmöglichkeiten hat.
Mehr noch: Während Metalle normalerweise geschmolzen werden müssen, bevor sie die richtige Form für einen Chip oder ein Gerät erhalten, gibt es bei diesem neuen Material keine derartigen Einschränkungen: Es kann bei Raumtemperatur hergestellt werden.
