I ricercatori hanno identificato un meccanismo che innesca fenomeni di memoria di forma nei cristalli organici utilizzati nell'elettronica di plastica. I materiali strutturali mutanti sono realizzati con leghe metalliche, ma la nuova generazione di elettronica plastica stampabile economica è pronta a beneficiare di questo fenomeno, pure. Scienza dei materiali a memoria di forma e tecnologia dell'elettronica plastica, quando unito, potrebbe aprire la porta a progressi nell'elettronica a bassa potenza, dispositivi di elettronica medica e materiali multifunzionali a memoria di forma.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura e confermare il fenomeno della memoria di forma in due materiali semiconduttori organici.

Dispositivi come gli stent espandibili che aprono e sbloccano i vasi sanguigni umani ostruiti utilizzano la tecnologia a memoria di forma. Calore, segnali luminosi ed elettrici, o forze meccaniche passano informazioni attraverso i dispositivi dicendo loro di espandersi, contrarre, piegarsi e trasformarsi nella loro forma originale - e può farlo ripetutamente, come un serpente che si costringe a ingoiare la sua cena. Questo effetto funziona bene con i metalli, ma rimane sfuggente nei materiali organici sintetici a causa della complessità delle molecole utilizzate per crearli.

"Il fenomeno della memoria di forma è comune in natura, ma non siamo veramente sicuri delle regole di progettazione della natura a livello molecolare, " ha detto il professore di ingegneria chimica e biomolecolare e coautore dello studio, Ying Diao. "La natura utilizza composti organici molto diversi dalle leghe metalliche utilizzate nei materiali a memoria di forma oggi sul mercato, "Diao ha detto. "Nei materiali a memoria di forma presenti in natura, le molecole si trasformano in modo cooperativo, il che significa che si muovono tutti insieme durante il cambio di forma. Altrimenti, questi materiali andrebbero in frantumi e il cambio di forma non sarebbe reversibile e ultrarapido."

La scoperta del meccanismo della memoria di forma nel materiale organico sintetico è stata piuttosto fortuita, ha detto Diao. Il team ha creato accidentalmente grandi cristalli organici ed era curioso di scoprire come si sarebbero trasformati in presenza di calore.

"Abbiamo esaminato i singoli cristalli al microscopio e abbiamo scoperto che il processo di trasformazione è drammaticamente diverso da quello che ci aspettavamo, ", ha detto lo studente laureato e coautore Hyunjoong Chung. "Abbiamo visto il movimento concertato di un intero strato di molecole che attraversano il cristallo che sembrano guidare l'effetto memoria di forma - qualcosa che si osserva raramente nei cristalli organici ed è quindi in gran parte inesplorato. "

Questa osservazione inaspettata ha portato il team a voler esplorare la fusione tra la scienza dei materiali a memoria di forma e il campo dell'elettronica organica, hanno detto i ricercatori. "L'elettronica di oggi dipende dai transistor per accendersi e spegnersi, che è un processo ad alta intensità energetica, " ha detto Diao. "Se possiamo usare l'effetto memoria di forma nei semiconduttori plastici per modulare le proprietà elettroniche in modo cooperativo, richiederebbe un input energetico molto basso, potenzialmente contribuendo ai progressi nell'elettronica a bassa potenza e più efficiente."

Il team sta attualmente utilizzando il calore per dimostrare l'effetto a memoria di forma, ma stanno sperimentando con le onde luminose, campi elettrici e forza meccanica per future dimostrazioni. Stanno anche esplorando l'origine molecolare del meccanismo a memoria di forma modificando la struttura molecolare dei loro materiali. "Abbiamo già scoperto che cambiare un solo atomo in una molecola può alterare significativamente il fenomeno, " Disse Chun.

I ricercatori sono molto entusiasti dell'aspetto della cooperazione molecolare scoperto con questa ricerca e della sua potenziale applicazione al recente concetto di macchine molecolari vincitore del premio Nobel, ha detto Diao. "Queste molecole possono cambiare conformazione in modo cooperativo a livello molecolare, e il piccolo cambiamento della struttura molecolare viene amplificato su milioni di molecole per attivare un grande movimento su scala macroscopica".