Trykkogning af birkeblade til fremstilling af råmateriale til organiske halvledere

I dag bruges petrokemiske forbindelser og sjældne metaller som platin og iridium til at producere halvledere til optoelektronik, såsom organiske lysdioder til supertynde tv- og mobiltelefonskærme. Fysikere ved Umeå Universitet har i samarbejde med forskere i Danmark og Kina fundet et mere bæredygtigt alternativ. Ved trykkogning af birkeblade plukket på Umeå Universitets campus har de produceret en kulstofpartikel i nanostørrelse med ønskede optiske egenskaber.

"Essensen af ​​vores forskning er at udnytte nærliggende vedvarende ressourcer til at producere organiske halvledermaterialer," siger Jia Wang, forskningsstipendiat ved Institut for Fysik, Umeå Universitet, og en af ​​forfatterne til undersøgelsen, der er blevet offentliggjort i Grøn kemi .

Organiske halvledere er vigtige funktionelle materialer i optoelektroniske applikationer. En applikation er organiske lysemitterende dioder, OLED'er, der består af ultratynde og lyse tv- og mobiltelefonskærme. En kraftigt stigende efterspørgsel efter denne avancerede teknologi driver massiv produktion af organiske halvledermaterialer.

Desværre produceres disse halvledere i øjeblikket hovedsageligt af petrokemiske forbindelser og sjældne grundstoffer opnået gennem miljøskadelig minedrift. Desuden indeholder disse materialer ofte såkaldte "kritiske råvarer", der er mangelvare, såsom platin, indium og fosfor.

Ud fra et bæredygtighedssynspunkt ville det være ideelt, hvis vi kan bruge biomasse fra planter, dyr og affald til at producere organiske halvledermaterialer. Disse udgangsmaterialer er fornyelige og rigeligt tilgængelige. Forskningsstipendiat Jia Wang og hendes kolleger ved Fysisk Institut er sammen med internationale partnere lykkedes med at fremstille et sådant biobaseret halvledermateriale.

Birkeblade i trykkoger

Synteseprocessen er enkel:De plukkede birkeblade på Umeå campus og kogte dem i en trykkoger. Det producerede "kulstofprikker" omkring to nanometer i størrelse, der udsender et smalbåndet, dybt rødt lys, når de blev opløst i ethanol. Nogle af de optiske egenskaber ved disse kulstofprikker af birkeblade er sammenlignelige med kommercielle kvanteprikker, der i øjeblikket bruges i halvledermaterialer, men i modsætning til dem indeholder de ingen tungmetaller eller kritiske råmaterialer.

"Det er vigtigt at bemærke, at vores metode ikke er begrænset til birkeblade," forklarer Jia Wang. "Vi testede forskellige planteblade med den samme trykkogningsmetode, og alle producerede lignende røde-emitterende kulstofprikker. Denne alsidighed antyder, at transformationsprocessen kan bruges forskellige steder."

Ved at bruge kulstofprikkerne i en lysemitterende elektrokemisk celleenhed var forskerne i stand til at vise, at den genererede lysstyrke var 100 cd/m ² , hvilket kan sammenlignes med lysintensiteten fra en computerskærm.

"Dette resultat viser, at det er muligt at gå fra at udtømme råolieforbindelser til at regenerere biomasse som et råmateriale til organiske halvledere," siger Jia Wang.

Hun understreger det bredere potentiale af kulstofprikker ud over kun lysemitterende enheder.

"Kulstofprikker er lovende på tværs af forskellige applikationer, fra biobilleddannelse og sensing til anti-forfalskning. Vi er åbne for samarbejder og ivrige efter at udforske flere spændende anvendelser af disse emissive og bæredygtige kulstofprikker," siger Jia Wang.

Flere oplysninger: Shi Tang et al., Fluorescerende kulstofprikker fra birkeblade til bæredygtige elektroluminescerende enheder, Green Chemistry (2023). DOI:10.1039/D3GC03827K

Journaloplysninger: Grøn kemi

Leveret af Umea University