Il primo cellulare, uscito nel 1983, aveva le dimensioni di un mattone e pesava due libbre e mezzo. Il nuovissimo Apple Watch, uscito questo autunno, pesa 1,1 once.

Questo tipo di balzi tecnologici sono stati possibili trovando modi nuovi e fantasiosi di combinare i materiali, che può racchiudere più informazioni e circuiti in pacchetti sempre più piccoli.

In un primo, scienziati dell'Università di Chicago, in collaborazione con ricercatori della Cornell University e dell'Argonne National Laboratory, hanno scoperto un facile, modo efficiente per far crescere film estremamente sottili di materiali organici. Le scoperte, pubblicato il 7 novembre in Scienza , potrebbe essere un trampolino di lancio verso l'elettronica o le tecnologie future con nuove abilità.

Gli scienziati sanno da molto tempo come creare strati estremamente sottili, fino a pochi atomi di spessore, da materiali inorganici. È così che i telefoni cellulari si sono ridotti di dimensioni e i pannelli solari sono comparsi sui tetti di tutto il mondo. Ma duplicando quel processo produttivo con materiali che sono organici (in senso chimico, questo è, qualcosa contenente carbonio) è stato complicato.

"Se riesci a trasformare i materiali in strati atomicamente sottili, puoi impilarli in sequenze e ottenere nuove funzioni, e ci sono ottime ragioni per pensare che i film organici possano essere davvero utili, " disse Yu Zhong, un ricercatore post-dottorato e co-primo autore dell'articolo. "Ma fino ad ora è stato molto difficile controllare lo spessore del film, e per farne in grandi quantità."

Per fortuna, Jiwoong Park, professore di chimica e ingegneria molecolare, è un esperto nel sperimentare nuovi modi per realizzare pellicole ultrasottili, che si tratti di cucire insieme fogli cristallini o di impilare pellicole come i Post-It.

In questo caso, il team si è ispirato alla separazione ostinata che si verifica quando si mescolano due liquidi che non si mescolano, come olio e acqua. In sostanza, hanno usato la linea che si forma tra loro come uno stampo per creare un sottile perfetto, pellicola piatta.

Riempiono un reattore a metà con liquido A, quindi aggiungere il liquido B. Alla linea dove i due si incontrano, usano un tubicino per iniettare il resto degli ingredienti, che si assemblano in un film. Quindi gli scienziati evaporano o drenano i liquidi, e il film scivola dolcemente verso il basso per rimanere intatto.

"Se ci pensi come un panno, ad oggi, le persone sono riuscite solo a fare delle toppe, e questi sono giganteschi rotoli di stoffa, " ha detto Parco.

In particolare, il film cresce in un movimento continuo, quindi non ci sono giunture scomode tra le patch. Inoltre, può essere eseguito a temperatura ambiente, una procedura molto più efficiente rispetto alle temperature estremamente elevate normalmente necessarie per produrre film inorganici.

Il metodo fornisce anche un modo innovativo per combinare strati organici e inorganici. "I materiali inorganici e organici hanno diversi punti di forza e di debolezza che potrebbero completarsi a vicenda, ma le condizioni per farli crescere sono così diverse che è stata una sfida farli andare d'accordo, " ha detto lo studente laureato Baouri Cheng, l'altro co-primo autore dell'articolo.

In questo metodo, anche se, "mettere un substrato inorganico sul pavimento del reattore, e ora hai un bel panino, " ha detto Parco.

Hanno testato come funzionano i film come condensatori elettrici, e ha trovato buone prestazioni, un segno incoraggiante per l'elettronica.

Ma il team ha molte più idee:nanorobot, un tessuto che si piega o si raddrizza se esposto all'acqua o alla luce, membrane per filtrare l'acqua o potenziare le batterie, sensori che rilevano le tossine, e persino bit per i computer quantistici del futuro.

"Questa è davvero una dimostrazione di una piattaforma generale per integrare i polimeri, " Zhong ha detto. "Possiamo vedere una moltitudine di usi e opportunità, e stiamo già indagando su alcuni di loro".

UChicago ricercatori post-dottorato Chibeom Park, Andrew Mannix, Jae-Ung ​​Lee, Joonki Suh e Kibum Kang e gli studenti laureati Fauzia Mujid, Sarah Brown e Kan-Heng Lee erano anche coautori dello studio, così come Steven Sibener, il Carl William Eisendrath Distinguished Service Professor di Chimica all'UChicago; il professor David Muller e la studentessa Ariana Ray alla Cornell University; e lo scienziato del Laboratorio Nazionale Argonne Hua Zhou.

Il team ha utilizzato il Pritzker Nanofabrication Facility and Materials Research Science and Engineering Center dell'Università di Chicago, così come l'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory. Park sta attualmente lavorando con il Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation dell'Università di Chicago per far avanzare la scoperta.