Power Pulse
2020_284_08
Raziskovalna skupina pod vodstvom Simone Fabiano iz Laboratorija za organsko elektroniko Univerze Linköping je ustvarila organski material z vrhunsko prevodnostjo, ki ga ni treba dotirati. To so dosegli z mešanjem dveh polimerov z različnimi lastnostmi.
Polimerno črnilo je prikazano na sliki 1. modre barve je raztopina polimera darovalca, rdeča pa raztopina polimera prejemnika. Oba polimera v neokrnjenem stanju nista prevodna, ker znotraj polimero ni prostih gibljivih nosilcev naboja. Ko pa se srečata, se elektroni iz donorjevega polimera samodejno prenesejo v akceptorski polimer, pri čemer v obeh polimerih ostanejo prosti gibljivi nosilci naboja. Da bi povečali prevodnost polimerov in tako dosegli večjo učinkovitost v organskih sončnih celicah, svetlečih diodah in drugih bioelektronskih aplikacijah, so raziskovalci do zdaj te materiale dopirali z različnimi snovmi. Običajno so to storili tako, da elektron odstranimo ali pa ga dodamo polprevodniškemu materialu z dopantno molekulo, torej s strategijo, ki povečuje število nabojev in s tem prevodnost materiala.
“Običajno dopiramo svoje organske polimere tako, da izboljšamo njihovo prevodnost in dosežemo boljše delovanje naprav, v katerih te materiale uporabljamo. Postopek je nekaj časa stabilen, vendar se material sčasoma razgradi in snovi, ki jih uporabljamo kot doping, ga lahko sčasoma na nek način zapustijo. Temu se želimo izogniti za vsako ceno na primer pri bioelektronskih aplikacijah, kjer lahko z organskimi elektronskimi komponentami dosežemo ogromne prednosti, na primer pri nosljivi elektroniki in v obliki vsadkov v telesu, “pravi izredni profesor Simone Fabiano, vodja skupine Organic Nanoelectronics v Laboratoriju za organsko elektroniko na Univerzi Linköping. Raziskovalni skupini z znanstveniki iz petih držav je zdaj uspelo združiti dva polimera, pri čemer je proizvedla prevodno črnilo, ki za prevajanje električnega toka ne potrebuje dopinga. Energijska nivoja obeh materialov se popolnoma ujemata, tako da se naboji spontano prenašajo iz enega polimera na drugega.
Rezultati so bili objavljeni v reviji Nature Materials.
„Pojav spontanega prenosa naboja je bil doslej že poznan in prikazan, vendar le za posamezne kristale v laboratorijskem merilu. Nihče doslej še ni pokazal ničesar, kar bi bilo mogoče uporabiti v industrijskem obsegu. Polimeri so sestavljeni iz velikih in stabilnih molekul, ki jih je enostavno dodati raztopinam, zato so zelo primerni za uporabo v velikem obsegu kot črnilo v tiskani elektroniki,” pravi Simone Fabiano. Polimeri so preprosti in relativno poceni materiali in so na voljo na tržišču. Iz nove polimerne mešanice ne uhajajo nobene tuje snovi, poleg tega ostane dolgo časa stabilna in prenese visoke temperature. Te lastnosti so pomembne tako za naprave za pridobivanje oziroma shranjevanje energije, kot tudi za nosljivo elektroniko.
»Ker ne vsebujejo dopingov, so časovno stabilni in jih je mogoče uporabiti tudi v zahtevnih aplikacijah. Odkritje tega pojava odpira popolnoma nove možnosti za izboljšanje učinkovitosti svetlečih diod in sončnih celic. To velja tudi za druge termoelektrične aplikacije, nenazadnje tudi za raziskave na področju nosljive in tesne elektronike,” pravi Simone Fabiano.
„V te raziskave smo vključeni znanstvenike z Univerzi Linköping in Tehnološko univerzo Chalmers, ter strokovnjaki iz ZDA, Nemčije, Japonske in Kitajske. Vodenje teh raziskav, ki je velik in pomemben korak na tem področju, je bila res velika izkušnja,” še dodaja.
Glavna sredstva za raziskave sta prispevala Švedski raziskovalni svet in Wallenberg Wood Science Center. Izvedeno je bilo tudi v okviru strateške pobude za napredne funkcionalne materiale, AFM, na Univerzi Linköping.
„Načeloma je doping, ki ustvarja visoko električno prevodnost, pri prevodnih polimerih dosežen le s kombiniranjem neprevodnega dopanta s prevodnim polimerom. Zdaj je kombinacija dveh prevodnih polimerov prvič sestavljena iz visoko stabilnega in visoko prevodnega sestavljenega sistema. To odkritje odpira novo poglavje na področju prevodnih polimerov in bo sprožilo številne nove aplikacije in zanimanje povsod po svetu,” pravi profesor Magnus Berggren, direktor Laboratorija za organsko elektroniko na Univerzi Linköping.
Vir: https://powerpulse.net/the-ink-of-the-future-in-printed-electronics/
