Ny syntesemetode åbner muligheder for organisk elektronik

Halvledende polymerer, stor, kædelignende molekyler lavet af gentagne underenheder, tiltrækker i stigende grad forskeres opmærksomhed på grund af deres potentielle anvendelser i organiske elektroniske enheder. Ligesom de fleste halvledende materialer, halvledende polymerer kan klassificeres som p-type eller n-type i henhold til deres ledende egenskaber. Selvom p-type halvledende polymerer har oplevet dramatiske forbedringer takket være de seneste fremskridt, det samme kan ikke siges om deres n-type modstykker, hvis elektronledning (eller 'elektronmobilitet') stadig er dårlig.

Desværre, højtydende n-type halvledende polymerer er nødvendige til mange grønne applikationer, såsom i typer af solceller. De vigtigste udfordringer, der holder udviklingen af ​​n-type halvledende polymerer tilbage, er de begrænsede molekylære designstrategier og synteseprocedurer, der er tilgængelige. Blandt de eksisterende syntesemetoder, DArP (som står for 'direct arylation polycondensation') har vist lovende resultater for at producere n-type halvledende polymerer på en miljøvenlig og effektiv måde. Imidlertid, indtil nu, byggestenene (monomererne), der blev brugt i DArP-metoden, skulle have en orienterende gruppe for at kunne producere polymerer pålideligt, og dette begrænsede i høj grad anvendeligheden af ​​DArP til fremstilling af højtydende halvledende polymerer.

Nu, et forskerhold fra Tokyo Institute of Technology ledet af prof. Tsuyoshi Michinobu har fundet en vej uden om dette. Gruppen producerede to lange n-type halvledende polymerer (benævnt P1 og P2) gennem DArP-metoden ved at bruge palladium og kobber som katalysatorer, som er materialer eller stoffer, der kan anvendes fremmer eller hæmmer specifikke reaktioner.

De to polymerer var næsten identiske og indeholdt to thiazolringe - femkantede organiske molekyler, der indeholder et nitrogenatom og et svovlatom. Imidlertid, positionen af ​​nitrogenatomet i thiazolringene var lidt forskellig mellem P1 og P2, hvilken, som forskerne fandt ud af, førte til væsentlige og uventede ændringer i deres halvledende egenskaber og struktur. Selvom P1 havde en mere plan struktur og forventedes at have en højere elektronmobilitet, P2 stjal showet. Rygraden i denne polymer er snoet og ligner skiftende kædeled. Vigtigere, forskerne var overraskede over at finde ud af, at elektronmobiliteten for P2 var 40 gange højere end for P1, og endda højere end den for den nuværende benchmark n-type halvledende polymer. "Vores resultater tyder på muligheden for, at P2 er det nye benchmark blandt n-type halvledende materialer til organisk elektronik, " siger prof. Michinobu.

Ud over, halvledende enheder fremstillet ved hjælp af P2 var også bemærkelsesværdigt stabile, selv når det opbevares i luften i lang tid, hvilket er kendt for at være en svaghed ved n-type halvledende polymerer. Forskerne mener, at de lovende egenskaber ved P2 skyldes dens mere krystallinske (ordnede) struktur sammenlignet med P1, hvilket ændrer den tidligere opfattelse af, at halvledende polymerer skal have en meget plan struktur for at have bedre halvledende egenskaber. "Vores nye DArP-metode åbner en dør for syntetisering af forskellige lovende n-type halvledende polymerer, som ikke kan opnås via traditionelle metoder, " slutter Prof. Michinobu. Dette arbejde er endnu et skridt i retningen mod en grønnere fremtid med bæredygtig økologisk elektronik.