Hvordan indigo pigment kan bruges i elektronik

Silicium repræsenterer stadig det vigtigste materiale til fremstilling af halvlederelementer såsom transistorer, dioder eller solceller. I en årrække, imidlertid, et interessant alternativ har været tilgængeligt:​​visse kulbrinter, der også udviser halvlederegenskaber, er nu den nye standard i OLED-skærme på mobiltelefoner og tv-apparater. I øvrigt, disse "organiske" halvledere, som disse kulbrinter også kaldes, kan også bruges til solceller eller transistorer. Deres store ulempe er deres manglende stabilitet:atmosfærisk ilt ødelægger hurtigt disse elementer, derfor skal de pakkes i et lufttæt låg. Et forskerhold ledet af fysikeren Serdar Sarıçiftçi fra Johannes Kepler University Linz har nu opnået et gennembrud i løsningen af ​​dette problem. I et projekt finansieret af den østrigske videnskabsfond FWF, holdet formåede at producere halvledere relateret til indigopigmentet, som ikke kun er stabilt, når det udsættes for luft, men også under vand.

Et mirakelmateriale, der er svært at bearbejde

"Rent faktisk, vi ledte efter halvledermaterialer, der er biologisk nedbrydelige, " forklarer Sarıçiftçi. "I processen stødte vi på dette bibelske materiale kendt som indigo. Indigo og dets derivater udviser ægte halvlederegenskaber. "Det kom ikke som en overraskelse, at indigo viste høj stabilitet:"Indigo blev brugt, for eksempel, i faraonernes grave, hvor den stadig er synlig efter tusinder af år. Og det blå i jeansmaterialet er kendt for sin robusthed, " bemærker Sarıçiftçi.

Bearbejdelighed var problemet ved at bruge indigo som en halvleder:den er næsten uopløselig, hvilken, I øvrigt, til dels forklarer dens holdbarhed. Mange metoder til at fremstille organiske halvlederelementer gør, imidlertid, kræver, at materialet først opløses på en eller anden måde og derefter deponeres på et bæremedium. Sarıçiftçi og hans gruppe formåede at gøre pigmentet opløseligt ved at binde flygtige sidegrupper til indigomolekylet. Ved opvarmning til over 100°C skilles disse sidegrupper fra igen.

Det har fjernet den største hindring for at bruge indigo som en halvleder, siger Sarıçiftçi:"Vi ser denne stabilitet af indigo som en game changer. Vi råder alle, der arbejder på organiske transistorer, til at koncentrere sig om denne klasse af materialer fra nu af."

Ubesvarede spørgsmål om solceller og lysdioder

Betyder det, at hele feltet af organiske halvledere nu kan skifte til indigoforbindelser? Sarıçiftçi lyder en advarsel:"På grund af hydrogenbindingerne, indigo har stærke luminescensdæmpende egenskaber." Denne svage binding mellem molekyler, som spiller en vigtig rolle i is, har en forstyrrende effekt på optiske applikationer.

Solcellernes funktion, for eksempel, er baseret på at bestråle lys, der interagerer med materialet, som frigiver elektroner og starter en strøm. I indigo molekyler, imidlertid, sådanne "ophidsede" elektroniske tilstande spredes hurtigt og omdannes til varme, før de kan bruges. Det betyder, at både solceller og lysemitterende dioder vil være svære at realisere med indigo-familien af ​​forbindelser. "Vi forsøger at omgå dette problem, men der er ingen reel løsning på det, " forklarer. Sarıçiftçi. Dette er et aspekt, han i øjeblikket forsker i. Transistorer er ikke påvirket af sådanne problemer.

Elektronik til implantater

Sarıçiftçi ser et stort potentiale for indigo materialer til medicinsk brug. "Vi er særligt opmærksomme på biokompatibiliteten af ​​indigo-transistorer. Vi var i stand til at vise, at de kan fungere selv under vand ved forskellige pH-niveauer. "Det betyder, at de kan bruges til implantater i menneskeligt væv. "Det åbner døren for bio-applikationer, " bemærker Sarıçiftçi. Senest publicerede hans gruppe flere artikler om dette emne i anerkendte tidsskrifter og fik patent. I 2014, han begyndte at organisere en årlig konference om emnet bioelektronik.

Den lave pris på grundmaterialet kan også være en afgørende fordel. "Dette vil være et argument for fremtidige masseansøgninger, " bemærker Sarıçiftçi.