Indisches Institut für naturwissenschaftliche Bildung and Research Bhopal-Forschern ist es gelungen, einen neuen, flexiblen organischen Kristall zu entwickeln, der ein großes Potenzial für den Einsatz in hochempfindlichen Drucksensoren aufweist. Diese Kristalle wurden im IISER Bhopal entwickelt, und das Verständnis der Reaktion dieser Kristalle auf mechanische Verformung wurde in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Queensland und der Technische Universität Queensland. Das mit diesem Material hergestellte Gerät weist im Vergleich zu bestehenden Materialien eine hohe Druckempfindlichkeit auf, was es zu einer vielversprechenden Komponente für die zukünftige Entwicklung der Technologie von Drucksensoren macht.
Es besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung organischer Materialien für elektronische Anwendungen. Die Flexibilität organischer Materialien macht sie ideal für die Herstellung flexibler elektronischer Geräte wie Displays und Sensoren, die gebogen oder gekrümmt werden können, was ein neues Maß an Designfreiheit bietet. Insbesondere organische Kristalle haben aufgrund ihrer wenigen Defekte und minimalen Korngrenzen ein immenses Potenzial im Bereich der Elektronik.
Die Forscher vom IISER Bhopal und der University of Queensland haben einen neuen organischen Kristall – 4-Trifluormethylphenylisothiocyanat (4CFNCS) – entwickelt, der flexibel genug ist, um gebogen, gedreht und gewickelt zu werden.
Apropos Forschung, Professor Deepak Chopra, Institut für ChemieIISER Bhopal, sagte: „Wir haben 4CFNCS gründlich analysiert, indem wir ausgefeilte rechnerische und herausfordernde experimentelle Techniken wie Synchrotron-Mikrofokus-Röntgenbeugungsmessungen verwendet haben, um zu verstehen, warum diese so flexibel sind.“
Die Analyse der Kristallstruktur zeigte, dass die Anordnung der Atome dieses Moleküls in Festkörpern es erlaubt, sich bei mechanischer Belastung zu biegen und zu dehnen, ohne zu brechen. Dies trägt dazu bei, dass die Kristallstruktur auch unter hohem Druck und Stoß intakt bleibt. Das Gleiten von Molekülen in mehrere Richtungen ermöglicht komplexe Wickelbewegungen in Kristallen.
Umweltfreundlich unterwegs
Die Forscher haben nicht nur den Ursprung der Flexibilität in diesem neuartigen organischen Kristall entdeckt, sondern sie haben ihn auch erfolgreich zur Herstellung hochempfindlicher Drucksensoren eingesetzt. Piezoresistive oder Drucksensoren sind Geräte, die auf Druck oder Kraft, die auf sie einwirken, durch eine Änderung ihres elektrischen Widerstands reagieren. Beispielsweise befinden sich piezoresistive Sensoren typischerweise hinter der Berührungsoberfläche eines beliebigen Berührungsgeräts und werden aktiviert, wenn während der Berührung Druck auf die Oberfläche ausgeübt wird. Dies erzeugt eine kleine elektrische Ladung, die dann verarbeitet wird.
Das kollaborative Team kombinierte 4CFNCS mit einem elektrisch leitenden Polymer, PEDOT: PSS, um den piezoresistiven Sensor herzustellen.
„Der mit den Forschern entwickelte Verbundwerkstoff zeigte selbst in Hochdruckbereichen eine effiziente piezoresistive Reaktion, was zu einer mindestens 1,6-fachen Verbesserung der Empfindlichkeit im mittleren Druckbereich und mindestens 5-fachen im Hochdruckbereich über einen weiten Bereich führte Druckbereich gegenüber anderen bekannten piezoresistiven Materialien“, sagte Prof. Deepak Chopra.
Flexible organische piezoresistive Kristallmaterialien wie das vom Team entwickelte sind attraktiv, weil sie nachhaltig und einfach zu verarbeiten sind.
Es besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung organischer Materialien für elektronische Anwendungen. Die Flexibilität organischer Materialien macht sie ideal für die Herstellung flexibler elektronischer Geräte wie Displays und Sensoren, die gebogen oder gekrümmt werden können, was ein neues Maß an Designfreiheit bietet. Insbesondere organische Kristalle haben aufgrund ihrer wenigen Defekte und minimalen Korngrenzen ein immenses Potenzial im Bereich der Elektronik.
Die Forscher vom IISER Bhopal und der University of Queensland haben einen neuen organischen Kristall – 4-Trifluormethylphenylisothiocyanat (4CFNCS) – entwickelt, der flexibel genug ist, um gebogen, gedreht und gewickelt zu werden.
Apropos Forschung, Professor Deepak Chopra, Institut für ChemieIISER Bhopal, sagte: „Wir haben 4CFNCS gründlich analysiert, indem wir ausgefeilte rechnerische und herausfordernde experimentelle Techniken wie Synchrotron-Mikrofokus-Röntgenbeugungsmessungen verwendet haben, um zu verstehen, warum diese so flexibel sind.“
Die Analyse der Kristallstruktur zeigte, dass die Anordnung der Atome dieses Moleküls in Festkörpern es erlaubt, sich bei mechanischer Belastung zu biegen und zu dehnen, ohne zu brechen. Dies trägt dazu bei, dass die Kristallstruktur auch unter hohem Druck und Stoß intakt bleibt. Das Gleiten von Molekülen in mehrere Richtungen ermöglicht komplexe Wickelbewegungen in Kristallen.
Umweltfreundlich unterwegs
Die Forscher haben nicht nur den Ursprung der Flexibilität in diesem neuartigen organischen Kristall entdeckt, sondern sie haben ihn auch erfolgreich zur Herstellung hochempfindlicher Drucksensoren eingesetzt. Piezoresistive oder Drucksensoren sind Geräte, die auf Druck oder Kraft, die auf sie einwirken, durch eine Änderung ihres elektrischen Widerstands reagieren. Beispielsweise befinden sich piezoresistive Sensoren typischerweise hinter der Berührungsoberfläche eines beliebigen Berührungsgeräts und werden aktiviert, wenn während der Berührung Druck auf die Oberfläche ausgeübt wird. Dies erzeugt eine kleine elektrische Ladung, die dann verarbeitet wird.
Das kollaborative Team kombinierte 4CFNCS mit einem elektrisch leitenden Polymer, PEDOT: PSS, um den piezoresistiven Sensor herzustellen.
„Der mit den Forschern entwickelte Verbundwerkstoff zeigte selbst in Hochdruckbereichen eine effiziente piezoresistive Reaktion, was zu einer mindestens 1,6-fachen Verbesserung der Empfindlichkeit im mittleren Druckbereich und mindestens 5-fachen im Hochdruckbereich über einen weiten Bereich führte Druckbereich gegenüber anderen bekannten piezoresistiven Materialien“, sagte Prof. Deepak Chopra.
Flexible organische piezoresistive Kristallmaterialien wie das vom Team entwickelte sind attraktiv, weil sie nachhaltig und einfach zu verarbeiten sind.