细胞膜激发新型超薄电子膜

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日本研究人员已经开发出一种新的方法来建造大面积的半导体材料,它只有两个分子厚,总共有4.4纳米高。薄膜用作薄膜晶体管,在柔性电子或化学探测器中具有潜在的应用前景。这些薄膜晶体管是用液体溶液处理产生的半导体单分子双层的第一个例子,这是一个最小化成本的标准制造工艺。

新的计算机模型和原子力显微镜图像由东京大学科学家WPAP60300 1BR顶面视图3D计算机模型(左)和原子力显微镜图像(右)的新电影由东京大学科学家制作。分子的良好组织结构在3D计算机模型和显微镜图像中都可以看到,如人字或十字花纹图案。显微镜图像中的颜色差异是分子尾部的不同长度的结果;长度差异导致阻止层叠的几何挫折。我们想给电子设备提供真正的细胞膜的特性:柔性、强、灵敏和超薄。我们发现了一种设计半导体单分子双层膜的新方法,它允许我们制造大的表面积,高达100平方厘米(39平方英寸)。它们可以作为高性能薄膜晶体管,并在未来有许多应用。”最近出版的研究论文的第一作者助理教授Shunto Arai说。
东京大学应用物理系的长谷川龙雄教授领导了这部新电影的团队。对它们成功的突破是一个概念,叫做几何挫折,它使用分子形状,使得分子难以在多个层上彼此顶上。艺术家的几何挫败分子WPAP60300 1BR的代表分子排列头到头(黄色部分),他们的尾巴指向相反的方向(灰色部分),所以分子形成一条垂直线。不同的尾部长度防止额外的分子层堆积在顶部。单分子双层薄膜晶体管比不规则或更大厚度的薄膜具有更好的器件性能。该膜是透明的,但分子之间的吸引力和排斥力产生一个有组织的,重复的人字图案时,从上方观看显微镜通过显微镜。双层的整体分子结构是高度稳定的。研究人员认为,有可能用不同功能的不同分子构建相同的结构。在当前电影中使用的单个分子分为两个区域:头部和尾部。一个分子的头部堆积在另一个分子上,它们的尾巴指向相反的方向,因此分子形成了一条垂直线。这两个分子被相同的头对分子包围,它们一起形成一个叫做分子双层的三明治。研究人员发现,他们可以防止额外的双层堆积在顶部,通过用不同长度的尾部分子来构建双层,因此双层表面粗糙,自然阻碍堆积。不同长度的这种效应被称为几何挫折。制备半导体分子双层的标准方法不能控制厚度而不引起裂纹或不规则表面。不同长度的尾部的几何挫折使研究人员能够避免这些缺陷,并使用常用的工业溶液处理方法,在其薄膜上形成10cm×10cm(3.9英寸×3.9英寸)的正方形。在一个称为溶液处理技术的技术中,艺术家将刀片涂布溶液过程的表征用于生产单分子双层薄膜晶体管WPAP6031BR液体分子在室温和标准气压下通过叶片在生产表面上扩散。当液体干燥时,分子间作用力导致分子自动地排列成仅4.4纳米厚的几何受挫的单双层。双层膜的半导体性质可以使薄膜在柔性电子学或化学检测中得到应用。半导体能够在允许电能流动(导体)和防止电流流动(绝缘体)的状态之间切换。这种开关允许晶体管快速地改变显示图像,例如LCD屏幕上的图像。由Uutko团队创建的单分子双层比非晶硅薄膜晶体管快得多,这是目前常用的一种半导体电子器件。电子学。该小组将继续研究几何挫折单分子双层的性质和潜在的化学检测应用。在国家先进工业科学技术研究所、日本KayaKu有限公司、凝聚物质研究中心和高能加速器研究组织的合作者也参与了这项研究。

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