Органична пластмаса позволя на електрониката да работи при екстремни температури (снимка: Purdue University/John Underwood)
От смарфоните на Земята до роувърите на Марс – повечето видове електроника работят само в определен температурен диапазон. Екстремните жеги и студове не понасят на фините електронни системи.
Чрез смесване на два органични материала обаче изследователи от Университета Пърдю са успели да създадат електроника, която издържа на екстремна топлина. Този нов пластмасов материал би могъл да предава електричество надеждно при температури до 220 градуса по Целзий, според доклада, публикуван в списание Science.
„Комерсиалната електроника работи при температури между минус 40 и плюс 85 градуса по Целзий. Отвъд този диапазон устройствата просто ще се повредят”, казва Джиангуо Мей, професор по органична химия в университета. „Създадохме материал, който може да работи при много по-високи температури чрез смесването на два полимера”.
Единият от тези два материала е полупроводник, който може да провежда електричество. Другият е обикновен изолационен полимер, който всеки човек може да си представи, защото е виждал обикновена пластмаса. За да може тази технология да работи при електрониката, изследователите решили да смесят двата материала заедно – но те експриментирали с промени в съотношенията.
„Една от пластмасите транспортира заряда, а другата издържа на високи температури”, обяснява Аристиде Гумиузен, учен от Пърдю и водещ автор на доклада. „Когато ги смесвате, трябва да намерите правилното съотношение, така че да се слеят добре и да не доминира единият над другия”.
Изследователите открили няколко свойства, които са от съществено значение за това. Двата материала трябвало да бъдат съвместими, за да е възможно смесването и да са приблизително в равно съотношение. Това довело до формирането на „организирана, взаимнопроникваща мрежа, която позволява на електрическия заряд да протича равномерно”, като същевременно запазва формата си при екстремни температури.
Най-впечатляващо при този нов материал не е неговата способност да провежда електроенергия при екстремни температури, а това, че запазва свойствата си непроменени, въпреки температурните екстреми. Ефективността на новата полимерна смес остава стабилна в широк температурен диапазон, отчитат изследователите.
Екстремно-температурната електроника може да бъде полезна в много области. Тя е потребна на учените в Антарктида и на пътуващите в Сахара, но също така е от решаващо значение за функционирането на автомобили и самолети.
При движещото се превозно средство системата за отработените газове е толкова гореща, че в близост до нея не могат да се поставят каквито и да е датчици, поради което разходът на гориво трябва да се следи от разстояние. Ако сензорите могат да бъдат директно свързани към трасето на отработените газове, то автомобилите, съответно операторите ще получават по-точна информация за изгарянето на горивото. Това е особено важно за самолетите, които имат стотици хиляди сензори.
„Много съвременни приложения са ограничени от факта, че тези пластмаси биха се разпаднали при високи температури. Ние намерихме начин да решим проблема”, каза Брет Савой, професор по химическо инженерство в Пърдю. „Слънчевите клетки, транзисторите и сензорите трябва да търпят големи температурни промени в много приложения. Затова справянето с предизвикателството на стабилността при високи температури е от решаващо значение за полимерната електроника”.
Сега изследователите се готвят да проведат допълнителни експерименти, за да разберат какви са истинските температурни граници на новия маериал (най-високи и най-ниски). Да накараш органичната електроника да работи при екстремен студ е по-трудно, отколкото да я накараш да работи при жега, казва Мей.