Onderzoekers ontwikkelen materiaal dat op Play-Doh lijkt en elektriciteit geleidt als metaal

“In principe opent dit een hele nieuwe klasse materialen die elektriciteit geleiden, gemakkelijk te vormen zijn en extreem duurzaam zijn in alledaagse omstandigheden”, zegt John Anderson, senior auteur van het onderzoek, in een informatieve verklaring.

Anderson legde uit dat verreweg de oudste en grootste groep geleiders metalen zijn: koper, goud, aluminium, enz. Toen, ongeveer 50 jaar geleden, waren wetenschappers in staat om geleiders van organische materialen te maken met behulp van een chemische behandeling die bekend staat als “doping”, die verschillende atomen of elektronen door het materiaal verspreidde.

Het gebruik van deze technologie is gunstig gebleken omdat het materiaal flexibeler en gemakkelijker te verwerken wordt dan conventionele metalen. Maar het probleem waarmee ze worden geconfronteerd, is dat ze niet erg stabiel zijn; Ze kunnen hun geleidbaarheid verliezen als ze worden blootgesteld aan vocht of als de temperatuur te hoog oploopt.

nikkel atomen

Wat hun basiseigenschappen betreft, hebben zowel organische als conventionele metalen geleiders iets gemeen: ze bestaan ​​uit rechte, dicht opeengepakte rijen atomen of moleculen. Dit betekent dat elektronen gemakkelijk door materialen kunnen stromen, zoals auto’s op een snelweg. Wetenschappers dachten zelfs dat het materiaal deze rechte, geordende rijen moest hebben om elektriciteit efficiënt te geleiden.

Maar onlangs begon hoofdauteur van de studie Jiaze Xie te experimenteren met nikkelatomen, die hij als parels aan een ketting van moleculaire kralen van koolstof en zwavel bevestigde en begon te testen.

Tot zijn verbazing is het materiaal gemakkelijk en sterk elektrisch geleidend. Bovendien was het erg stabiel.

“We verwarmden het, koelden het af, stelden het bloot aan lucht en vocht, en druppelden er zelfs zuur en base op, en er gebeurde niets,” zei Shih. “Dit is erg handig voor een apparaat dat in de echte wereld moet werken.”

Maar voor Xie en zijn collega’s was het meest verrassende dat de moleculaire structuur van het materiaal verstoord was.

“Vanuit het basisbeeld zou dit geen metaal moeten zijn,” zei Anderson. “Er is geen solide theorie om dit te verklaren.”

Shi, Anderson en hun lab werkten samen met andere wetenschappers om te proberen te begrijpen hoe het materiaal elektriciteit zou kunnen geleiden. Na tests, simulaties en theoretisch werk geloven ze dat het materiaal lagen vormt zoals platen in lasagne. Zelfs als de platen zijwaarts worden gedraaid en ze niet langer een nette lasagnestapel vormen, kunnen de elektronen nog steeds horizontaal of verticaal bewegen – zolang ze de stukjes raken.

Het eindresultaat is ongekend voor een geleidend materiaal.

“Het is bijna als elektrisch geleidende Play-Doh – je kunt het op zijn plaats slaan en elektriciteit geleiden,” zei Anderson.

Wetenschappers zijn enthousiast omdat de ontdekking wijst op een fundamenteel nieuw ontwerpprincipe voor elektronica. Metalen moeten bijvoorbeeld meestal worden gesmolten om ze in een chip of apparaat te laten passen, wat beperkt wat ermee kan worden gedaan, omdat andere componenten van het apparaat bestand moeten zijn tegen de hitte die nodig is om deze materialen te verwerken. Er is geen dergelijke beperking voor het nieuwe materiaal omdat het bij kamertemperatuur kan worden vervaardigd.