Fremtid for bærbar elektronik:Ny organisk halvleder med spændende egenskaber

Halvledere er stoffer, der har en ledningsevne mellem ledernes og isolatorernes. På grund af deres unikke egenskaber ved at lede strøm kun under særlige forhold, de kan kontrolleres eller ændres, så de passer til vores behov. Ingen steder er anvendelsen af ​​halvledere mere omfattende eller vigtig end i elektriske og elektroniske apparater, såsom dioder, transistorer, solceller, og integrerede kredsløb.

Halvledere kan være fremstillet af enten organiske (kulstofbaserede) eller uorganiske materialer. Nyere forskningstendenser viser, at forskere vælger at udvikle flere organiske halvledere, da de har nogle klare fordele i forhold til uorganiske halvledere. Nu, forskere, ledet af prof. Makoto Tadokoro fra Tokyo University of Science, rapport om syntesen af ​​et nyt organisk stof med potentielle anvendelser som en halvleder af n-typen. Denne undersøgelse er offentliggjort i tidsskriftet Organisk og biomolekylær kemi . Ifølge Prof Makoto Tadokoro, "organiske halvlederanordninger, i modsætning til hårde uorganiske halvlederanordninger, er meget bløde og er nyttige til at skabe klæbende bærbare enheder, der let kan passe på en person. "Dog, trods fordelene ved organiske halvledere, der er meget få kendte stabile molekyler, der bærer de fysiske egenskaber ved n-type halvledere, sammenlignet med uorganiske n-type halvledere.

N-heteroheptacenequinon er en velkendt potentiel kandidat til n-type halvledermaterialer. Imidlertid, det har nogle ulemper:det er ustabilt i luft og UV-synligt lys, og det er uopløseligt i organiske opløsningsmidler. Disse ulemper hindrer de praktiske anvendelser af dette stof som en halvleder.

Et team af japanske forskere - Dr. Kyosuke Isoda (Fakultet for teknik og design, Kagawa University; ex-Tokyo University of Science), Mitsuru Matsuzaka (tidligere Tokyo University of Science), Dr. Tomoaki Sugaya (Chiba Institute of Technology, ex-Tokyo University of Science), og prof. Tadokoro - havde til formål at bygge bro over dette hul, og identificerede et nyt stof kaldet C ⁶ OAHCQ, afledt af N-heteroheptacenequinon, der overvinder ulemperne ved N-heteroheptacenequinon.

For at få dette stof, N-heteroheptacenequinon blev foretaget til at gennemgå en firetrins proces med kemiske reaktioner, der involverer gentagen tilbagesvaling, fordampning, omkrystallisering, og opvarmning. Det opnåede slutprodukt var C ⁶ OAHCQ, et rødt fast stof. C ⁶ OAHCQ har en unik krystallinsk nær-plan struktur, der involverer to tetraazanaphthacene "rygrad" og en benzoquinon-rygrad. Det har otte elektronmangel imino-N-atomer og to carbonylgrupper.

For at bekræfte dets elektrokemiske egenskaber, C ⁶ OAHCQ blev foretaget til at gennemgå en række tests, herunder en UV-synlig absorptionsspektroskopi i opløsningstilstanden, cyklisk voltammetri, og teoretisk beregning af elektrostatisk potentiale. Det blev også sammenlignet med en tetraazapentacenequinon -analog.

Disse tests afslørede nogle unikke egenskaber ved C ⁶ OAHCQ. De elektronmangel imino-N-atomer og to carbonyldele i C ⁶ OAHCQ giver den en elektronacceptabel adfærd. Faktisk, antallet af elektroner accepteret af C ⁶ OAHCQ er mere end det af fulleren C ⁶⁰ , hvilket tyder på forbedret ledningsevne. Cyklisk voltammetri viste, at C ⁶ OAHCQ udviste reversibel firetrins, fire-elektron reduktion bølger, der angav, at C ⁶ OAHCQ er stabil og har et godt elektrostatisk potentiale; den UV-synlige spektroskopi viste også sin stabilitet i UV-synligt lys. C ⁶ OAHCQ viste også elektrokromiske egenskaber, som muliggør dens potentielle anvendelse på mange specialiserede områder såsom udvikling af smarte vinduer, elektrokromiske spejle, og elektrokromiske displayindretninger. C ⁶ OAHCQ viste sig også at have fremragende opløselighed i almindelige organiske opløsningsmidler. Det viste sig generelt at være fordelagtigt og havde forbedrede egenskaber sammenlignet med tetraazapentacenequinonanalogen.

Syntesen af ​​organisk C ⁶ OAHCQ er et nyt skridt fremad i halvlederforskning, på grund af dets karakteristiske egenskaber, der adskiller den fra eksisterende organiske halvledere. C ⁶ OAHCQ er også et revolutionerende skridt i det aktuelle forskningsscenario domineret af uorganiske halvledere. Prof Tadokoro og team hævder betydningen af ​​dette nye stof, angiver, "identifikationen af ​​dette organiske acceptormolekylære skelet, der har egenskaben til stabilt at modtage elektroner, er meget vigtig, da den kan bruges til at udvikle molekylære enheder med ny funktionalitet. Disse enheder er bløde, i modsætning til hårde uorganiske halvlederanordninger, og kan hjælpe med at oprette bærbare enheder. "