Wissenschaftler der University of Chicago haben einen Weg gefunden, ein Material herzustellen, das wie Kunststoff hergestellt werden kann, aber Elektrizität wie 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 herstellt, bei dem die Molekülfragmente verwirrt und ungeordnet sind, aber dennoch Strom sehr gut leiten können.
Dies widerspricht allen Regeln, die wir für die Leitfähigkeit kennen: Für Wissenschaftler ist es beispielsweise so, als würde man ein Auto sehen, das von der Straße abkommt, auf dem Wasser landet und mit 100 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 öffnet es sich für das Design 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, einfach zu modellieren und sehr robust für den täglichen Gebrauch sind.“
"Es gibt keine Theorie, um das zu erklären"
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 mit einer als „Dotierung“ bekannten chemischen Behandlung herzustellen. Zusammengefasst, indem mehrere Atome oder Elektronen durch das Material gesprüht werden. Dies hat zu flexibleren und formbareren Materialien als herkömmliche Metalle geführt, aber das Problem ist, dass sie nicht sehr stabil sind: Sie können ihre Leitfähigkeit verlieren, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt werden oder wenn 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 die Wissenschaftler hielten dies für die optimale Konfiguration, 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 in eine molekulare „Halskette“ aus Kohlenstoff und Schwefel einfädelte, bemerkte er, dass das resultierende Material Strom leitete. Und er hat es sehr gut gemacht.
„Wir haben es erhitzt, gekühlt, Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt, es sogar mit Säure besprüht, aber nichts ist passiert“, sagen die Wissenschaftler. Und noch überraschender ist, dass die Molekularstruktur des Materials ungeordnet ist. "Das sollte kein Metal sein", sagt Anderson. "Es gibt keine solide Theorie, um das zu erklären."
Wissenschaftler werden verrückt
Xie, Anderson und Kollegen versuchen herauszufinden, wie dieses „Zeug“ Strom leiten kann. 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 in Kontakt sind.
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, hat dieses neue Material keine derartigen Einschränkungen – es kann bei Raumtemperatur hergestellt werden.
