Sluit nanovezels van een halfgeleidend polymeer op in een dikkere laag van een elastisch materiaal, en je hebt een basis voor transistoren die verder kunnen uitrekken dan de menselijke huid. Ideaal dus voor ‘draagbare’ elektronica, claimen Stanford-onderzoekers deze week in Science.

Normaal kun je zulke kunststof halfgeleiders juist niet straffeloos oprekken. Ze ontlenen hun elektronische eigenschappen aan het feit dat het geconjugeerde polymeren zijn met een koolstofskelet waarin om en om enkele en dubbele bindingen zitten. Dat onderscheid bestaat alleen op papier: in werkelijkheid krijg je een wolk van π-elektronen met genoeg bewegingsvrijheid om voor elektrische geleiding te zorgen. Maar dat werkt het beste als de ketens gevangen zitten in een starre kristalstructuur: er zjn wel rekbare varianten uitgevonden maar daarvan is de geleiding sowieso magertje, en bovendien sterk afhankelijk van de mate waarin ze zijn uitgerekt.

Zhenan Bao en collega’s omzeilen dit nu door gebruik te maken van een effect dat bekend staat als ‘nanoconfinement’. Het komt er op neer dat je het polymeer uiterst dunne vezels laat vormen, die opgesloten zitten in een matrix van een niet-geleidend rubberachtig materiaal (elastomeer). De vezels raken elkaar wel en kunnen via de kruispunten onderling elektronen doorgeven, maar ze zijn te dun om uit te kristalliseren. Wat er op atomair niveau precies gebeurt in zo’n nanovezel, lijkt overigens nog verre van duidelijk.

Leg je over dit halfgeleidende matje een iets dikkere laag puur elastomeer (een sandwich met het pure elastomeer in het midden kan ook) dan krijg je een folie die zich behoorlijk ver laat oprekken zonder te scheuren. Zo’n gelaagde folie blijkt heel eenvoudig te produceren, door handig gebruik te maken van de slechte onderlinge mengbaarheid van de ingrediënten.

De auteurs noemen het CONPHINE, wat staat voor conjugated-polymer/elastomer phase separation–induced elasticity.

Ze hebben het onder meer geprobeerd met een copolymeer van styreen, etheen en buteen als elastomeer, en poly(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6-di(thiofeen-2-yl)diketopyrrolo[3,4-c]pyrrool-1,4-dion-alt-thieno[3,2-b]thiofeen) (zeg maar DPPT-TT) als halfgeleider. Met koolstofnanobuisjes als elektrodes is het al gelukt om er een transistorfolie van te maken die je op de huid kunt plakken, en die na honderd keer oprekken nog redelijk goed geleidt.

bron: Science, AAAS