Fremtidens blæk inden for trykt elektronik

En forskergruppe ledet af Simone Fabiano ved Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har skabt et organisk materiale med suveræn ledningsevne, der ikke behøver at være dopet. Det har de opnået ved at blande to polymerer med forskellige egenskaber.

For at øge polymerernes ledningsevne, og på denne måde opnå højere effektivitet i organiske solceller, lysemitterende dioder og andre bioelektroniske applikationer, forskere har indtil nu dopet materialet med forskellige stoffer. Typisk, dette gøres ved enten at fjerne en elektron eller donere den til halvledermaterialet med et dopningsmolekyle, en strategi, der øger antallet af ladninger og derved materialets ledningsevne.

"Vi doper normalt vores organiske polymerer for at forbedre deres ledningsevne og enhedens ydeevne. Processen er stabil i et stykke tid, men materialet degenererer, og de stoffer, vi bruger som dopingmidler, kan i sidste ende udvaskes. Dette er noget, vi vil undgå for enhver pris i, for eksempel, bioelektroniske applikationer, hvor de organiske elektroniske komponenter kan give enorme fordele inden for bærbar elektronik og som implantater i kroppen, "siger lektor Simone Fabiano, leder af gruppen Organic Nanoelectronics inden for Laboratory of Organic Electronics ved Linköpings universitet.

Forskningsgruppen, med forskere fra fem lande, er det nu lykkedes at kombinere de to polymerer, fremstilling af en ledende blæk, der ikke kræver doping for at lede elektricitet. Energiniveauerne i de to materialer matcher perfekt, sådan, at ladninger spontant overføres fra den ene polymer til den anden.

Resultaterne er blevet offentliggjort i Naturmaterialer .

"Fænomenet spontan ladningsoverførsel er blevet påvist før, men kun for enkeltkrystaller i laboratorieskala. Ingen har vist noget, der kunne bruges i industriel skala. Polymerer består af store og stabile molekyler, der er lette at deponere fra opløsning, og derfor er de velegnede til stor anvendelse som blæk i trykt elektronik, ”siger Simone Fabiano.

Polymerer er enkle og relativt billige materialer, og er kommercielt tilgængelige. Ingen fremmede stoffer siver ud fra den nye polymerblanding. Det forbliver stabilt i lang tid og tåler høje temperaturer. Disse egenskaber er vigtige for energihøst/lagringsenheder samt bærbar elektronik.

"Da de er fri for dopingmidler, de er stabile over tid og kan bruges i krævende applikationer. Opdagelsen af ​​dette fænomen åbner helt nye muligheder for at forbedre lysemitterende dioder og solceller. Dette er også tilfældet for andre termoelektriske applikationer, og ikke mindst til forskning inden for bærbar og nærkrops elektronik, ”siger Simone Fabiano.

"Vi har involveret forskere ved Linköping University og Chalmers University of Technology, og eksperter i USA, Tyskland, Japan, og Kina. Det har været en virkelig stor oplevelse at lede dette arbejde, hvilket er et stort og vigtigt skridt på området, " han siger.

Hovedfinansiering til forskningen er kommet fra det svenske forskningsråd og Wallenberg Wood Science Center. Det er også blevet gennemført inden for rammerne af det strategiske initiativ inden for avancerede funktionelle materialer, AFM, ved Linköpings universitet.

"Grundlæggende doping ved ledende polymerer, genererer høj elektrisk ledningsevne, er hidtil kun opnået ved at kombinere et ikke-ledende dopemiddel med en ledende polymer. Nu, for første gang, kombinationen af ​​to ledende polymerer gør et sammensat system, der er meget stabilt og stærkt ledende. Denne opdagelse definerer et stort nyt kapitel inden for ledning af polymerer, og vil udløse mange nye applikationer og interesse verden over, siger professor Magnus Berggren, direktør for Laboratory of Organic Electronics ved Linköpings universitet.