Nyt lys kastede over intenst studeret materiale

Den organiske polymer PEDOT er et af verdens mest intenst undersøgte materialer. På trods af dette, forskere ved Linköpings Universitet har nu påvist, at materialet fungerer på en helt anden måde end tidligere antaget. Resultatet har enorm betydning i mange anvendelsesområder.

PEDOT har unikke egenskaber, og er særdeles velegnet til brug i solceller, elektroder, lysemitterende dioder, bløde skærme, bioelektroniske komponenter, og mange andre applikationer. Imidlertid, de fleste artikler er af eksperimentel karakter, og kun en lille brøkdel - færre end én ud af tusind - af artiklerne giver en teoretisk forståelse af de forskellige aspekter af polymeren. Det samme gælder for den elektroniske struktur af PEDOT.

"Trial and error-forskningens tidsalder burde være forbi. Jeg kan ikke forestille mig, hvordan det i dag ville være muligt at udvikle et nyt materiale uden at have en dyb teoretisk forståelse af de underliggende principper, der bestemmer dets egenskaber, " siger Igor Zozoulenko, professor og leder af teori- og modelleringsgruppen ved Laboratoriet for Organisk Elektronik, Linköpings Universitet, Campus Norrköping.

Han er også hovedforfatter til en artikel i ACS -anvendte polymermaterialer der præsenterer en ny teori om elektronisk struktur og optiske egenskaber af PEDOT, der vælter en stor del af den tilsvarende tidligere forskning i PEDOT.

Beregningsmodellen, der i øjeblikket er anerkendt som den mest nøjagtige til at forudsige materialers egenskaber, er kendt som "DFT, "en forkortelse af" densitet funktionel teori. "Metoden beregner kvantemekaniske elektrontætheder på den mest effektive måde, og er blevet en standard inden for de forskellige grene af materialevidenskab. For organisk ledende polymerer, imidlertid, modeller udviklet i 1980'erne - før DFT fik sin udbredte anvendelse - er stadig meget brugt. Forskernes arbejde på LiU har vist, at disse modeller er klart fejlagtige.

"Mange af de analyser, der er blevet præsenteret i videnskabelige artikler om PEDOT, vil skulle genbesøges og revideres, " siger Igor Zozoulenko.

En af de største forskelle vedrører den optiske absorption, eller (noget forenklet) de lysemitterende egenskaber, af materialet. Disse er, selvfølgelig, afgørende for dets anvendelse i solceller, bløde skærme, og andre applikationer. Det optiske spektrum - lysets farve - afhænger af materialets elektroniske struktur, herunder egenskaber som de energiniveauer, hvor elektroner er placeret inde i atomet, de spins, de besidder, og måden, hvorpå de kan bevæge sig i materialet. Da vores forståelse har været mangelfuld, fortolkningen af ​​forsøgsresultaterne har været forkert.

PEDOT, eller poly(3, 4-ethylendioxythiophen), er også et materiale, der kan dopes for at give det sin bemærkelsesværdige ledningsevne. Farven ændrer sig, efterhånden som graden af ​​doping stiger, eller, med andre ord, som stigende mængder af et dopingmiddel tilsættes for at bryde parringen mellem elektroner i atomerne. Tidligere metoder har bl. ganske enkelt, ikke været tilstrækkelig præcis.

"Vores papir præsenterer en helt anden fortolkning af de optiske spektre fra PEDOT, og en helt anden fortolkning af det elektronparametriske resonansspektrum, EPJ. Vores resultater kan også anvendes på mange andre ledende polymermaterialer, " siger Igor Zozoulenko.