Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, представляет собой значительный прорыв в области материаловедения, позиционируя синтетические полимеры как экологически чистую и экономически выгодную замену дорогостоящим и неустойчивым минералам, традиционно используемым в производстве ключевых электронных компонентов, таких как проводники, транзисторы и диоды. Эти минералы, включая редкие металлы вроде индия, галлия и германия, часто добываются в ограниченных количествах и связаны с экологическими проблемами, такими как загрязнение окружающей среды и этические вопросы добычи. Новые полимеры, разработанные командой ученых из ведущих американских университетов, предлагают путь к более устойчивому производству электроники, потенциально снижая зависимость от дефицитных ресурсов и минимизируя углеродный след.

Проект возглавляется профессорами Ин Диао и Хоакином Родригесом Лопесом из Университета Иллинойса в Урбане—Шампейне, в тесном сотрудничестве с Жан-Люком Бредасом из Университета Аризоны, Джоном Рейнольдсом из Технологического института Джорджии и Дали Сан из Университета штата Северная Каролина. Команда объединяет экспертов в области химической инженерии, материаловедения и теоретической химии, что позволило интегрировать экспериментальные и вычислительные подходы для достижения результатов. Ин Диао, специалист по органическим полупроводникам, и Хоакин Родригес Лопес, эксперт в электрохимии, внесли ключевой вклад в дизайн и тестирование материалов, в то время как Бредас предоставил теоретические модели для понимания электронных свойств, а Рейнольдс и Сан — опыт в синтезе функциональных полимеров.

Ключевые инновационные свойства этих полимеров основаны на двух взаимосвязанных механизмах: контролируемой хиральности и химическом легировании. Хиральность — это свойство молекул не совпадать со своим зеркальным отображением, что в природе часто используется для создания сложных структур, таких как ДНК или белки. В контексте полимеров хиральность может быть достигнута путем постоянного скручивания полимерной цепи, что придает материалу спиральную форму. Это не только повышает структурную стабильность, но и позволяет направлять электрический ток более эффективно, транспортируя электроны с одинаковым направлением вращения — квантовым состоянием, известным как спин. В электронике это может привести к улучшенной проводимости и снижению потерь энергии, что критично для устройств вроде органических транзисторов или гибких дисплеев.

Легирование, второй ключевой элемент, заключается в добавлении химических веществ (добавок) для модификации свойств полупроводника. Этот процесс, давно применяемый в неорганических материалах, таких как кремний, теперь адаптирован для полимеров. Легирование повышает концентрацию носителей заряда (электронов или дырок), улучшая проводимость и стабильность. Однако в полимерных системах этот процесс был менее изучен, и команда обнаружила, что хиральность играет неожиданную роль в его усилении. "Мы были очень удивлены, обнаружив, что структурная хиральность, которая до сих пор не считалась параметром, имеющим отношение к легированию, значительно усиливает химическую реакцию, которая контролирует легирование в полимерах", — отметил Ин Диао, профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете Иллинойса. Это открытие предполагает, что хиральная структура полимера облегчает взаимодействие легирующих агентов с полимерной матрицей, потенциально через влияние на спин электрона, что повышает эффективность переноса заряда.

В лаборатории исследователи экспериментировали с методами обработки растворителями для скручивания полимеров, тщательно контролируя степень хиральности и, как следствие, электропроводность. Ранее проведенные исследования Диао показали, что повышенная хиральность может негативно влиять на подвижность заряда, локализуя электроны и снижая их способность к свободному перемещению, что приводит к падению проводимости. Однако в этом новом исследовании после легирования ситуация изменилась: повышенная хиральность неожиданно способствовала росту проводимости. Команда предлагает гипотезу, что хиральность влияет на спин электрона, создавая условия для более эффективного легирования и, возможно, для квантово-механических эффектов, таких как спин-зависимый транспорт. Это может открыть двери для новых типов полупроводников, где спин электрона используется для управления током, аналогично спинтронике.

Несмотря на впечатляющие результаты, ученые подчеркивают, что точный механизм остается не до конца понятым. "Необходимы дополнительные исследования, чтобы прояснить точные процессы, которые происходят, когда хиральность влияет на проводимость в легированных полимерах", — сказал Диао. Для перехода к коммерческим технологиям потребуется дальнейшая валидация, включая тестирование на масштабируемость, долговечность и интеграцию в реальные устройства. Будущая работа команды сосредоточится на научном подтверждении предложенного механизма с помощью продвинутых спектроскопических методов и компьютерного моделирования, а также на изучении практических применений — от гибкой электроники и солнечных панелей до биосовместимых сенсоров. Эти полимеры могут революционизировать отрасли, где устойчивость и стоимость критичны, способствуя переходу к "зеленой" электронике и снижая зависимость от редких минералов. Исследование не только демонстрирует потенциал органических материалов в современной науке, но и подчеркивает важность междисциплинарного сотрудничества для решения глобальных вызовов.

Сегодня 27 число уже, если что ) Поддержка Яндекса очень сожалеет и делает всё возможное, поддержка Авито просто не существует, там бот обещает деньги через месяц вернуть, если не приедет. Без процентов, наверное.
Так что не стоит ни тем, ни другим доверять ничего срочного и ценного. В моем случае цена копеечная, не так страшно, но нужна хреновина была срочно. Такие дела.

Биоэлектроника, включая имплантируемые мониторы здоровья и стимуляторы мозговых клеток, часто жесткая из-за металлических компонентов, что несовместимо с мягкими тканями. Команда ученых из Университета Гронингена (Нидерланды) под руководством доцента Ранжиты Бозе разработала гибкий проводящий гидрогель, способный конкурировать по проводимости с металлами. Материал мягкий и биосовместимый, что делает его идеальным для интеграции с живыми тканями.

Ученые покрыли пористый гидрогель полимером полипирролом методом окислительного химического осаждения из паровой фазы, нанеся ультратонкий слой для сохранения гибкости и растяжимости. Тесты подтвердили совместимость с нервными клетками, открывая путь к мягкой, имплантируемой биоэлектронике.

Применения включают нейронные импланты, сенсоры для мониторинга давления, пульса и мышечной активности, поддержку роста клеток и заживления ран. Гель также подходит для биоэлектронных устройств и мягкой робототехники, помогая преодолеть разрыв между биологией и электроникой для более безопасных интерфейсов человек-машина.

В планах — датчики для отслеживания заживления ран у диабетиков (по уровню pH) и мониторинга походки при болезни Паркинсона. Исследование опубликовано в Materials Today Chemistry. Участвовали три института Университета Гронингена: Инженерно-технологический, Институт передовых материалов Цернике и Гронингенский научно-исследовательский институт фармации.

Поддержание энергетической независимости США требует снижения зависимости от зарубежных поставок химикатов и топлива. Одним из способов диверсификации внутренних ресурсов является использование электролизеров на основе диоксида углерода для производства ценных прекурсоров, таких как этилен. Однако такие устройства до сих пор ограничивались низкой эффективностью, делая их энергоёмкими и дорогими.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Chem Catalysis, учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) разработали новые полимерные чернила — иономеры, — которые контролируют движение газа и воды в электрохимических устройствах. Тщательная балансировка химического состава иономера повышает энергоэффективность процесса преобразования.

"Добавление правильного иономера снизило общее напряжение, необходимое для работы устройства", — сказал учёный LLNL Адитья Праджапати. "Это означает, что устройству требуется меньше электроэнергии для производства того же количества продукта".

Иономер — небольшая, но важная часть устройства. "Наше устройство состоит из нескольких тонких слоёв, где CO₂ поступает с одной стороны, и электричество запускает реакцию, превращая газ в этилен с помощью медного катализатора", — отметил научный сотрудник LLNL Николас Кросс.

Иономер наносится напылением на слой меди и регулирует состав поверхности катализатора, обеспечивая оптимальное поступление воды и CO₂. "Без него слишком много воды может затопить устройство, а слишком мало — замедлить реакцию", — пояснил учёный LLNL Максвелл Голдман. Это поддерживает баланс, снижая энергозатраты на производство этилена.

Команда прикрепила химические вещества к прочной полимерной основе и протестировала различные иономеры с разным водопоглощением. "Мы обнаружили, что влагосодержание иономера — мощный фактор, контролирующий производство этилена", — сказал учёный LLNL Крис Хан. "Слишком мало иономера приводит к перегреву, слишком много — к потере энергии. Правильный баланс обеспечил высокую производительность при низком напряжении".

Исследователи отметили, что улучшения стали возможны благодаря сочетанию химии полимеров, экспериментов и мультифизического моделирования. Они надеются, что работа послужит основой для разработки следующего поколения полимеров в электрохимических устройствах.

Публикация взята с сайта: https://www.cell.com/chem-catalysis/fulltext/S2667-1093(25)0...