Molekylære nanoribbons som elektroniske motorveje

Fysikere ved Umeå Universitet har, sammen med forskere ved UC Berkeley, USA, udviklet en metode til at syntetisere en unik og ny type materiale, der ligner et grafen -nanoribbon, men i molekylær form. Dette materiale kan være vigtigt for den videre udvikling af organiske solceller. Resultaterne er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift ACS Nano .

Nanoribbons består af molekyler med den kemiske formel [6, 6] -phenyl-C61-smørsyre-methylester. For kort betegnes det PCBM, og i praksis er det et fullerenmolekyle (et fodboldformet kulstofmolekyle) med en fastgjort sidearm for at øge dets opløselighed. PCBM -molekyler bruges almindeligvis i organiske solceller, da de har en meget god evne til at transportere frie elektroner, der "genereres" af sollys.

Forskerne ved Umeå Universitet og UC Berkeley har nu udviklet en metode til at arrangere sådanne molekyler i tynde, krystallinske nanoribbons, der kun er fire nanometer brede. Nanoribbons dyrkes i en løsningsproces med ret høj effektivitet, og alle nanoribbons har en unik morfologi med kanter i en zigzag.

"Det er et meget spændende materiale, og metoden er ganske enkel. Materialet ligner de mere almindeligt kendte grafen -nanoribbons, men i vores materiale er hvert kulstofatom 'erstattet' af et molekyle, "siger Thomas Wågberg, lektor ved Institut for Fysik, der har ledet undersøgelsen.

Resultaterne er interessante af flere grunde; det er første gang, at der er produceret strukturer med så små dimensioner med denne type molekyle, og nanoribbons dimensioner tyder på, at de skal være ideelle som "elektroniske motorveje" i organiske solceller. En organisk solcelle består normalt af to typer materialer, en, der leder elektronerne, og en, der leder de "huller", der efterlades, når elektronen får et energiboost fra det indgående sollys (du kan se transporten af ​​"hul" som et tomt rum i trafikken, der bevæger sig baglæns i en trafik kø bevæger sig fremad).

En elektronleder i organiske solceller bør ideelt set danne lange veje til elektroden, men samtidig være tyndere end 10-15 nanometer (ca. 10, 000 gange tyndere end et normalt hår). De nyudviklede PCBM -nanoribbons opfylder alle disse krav.

"Sammen med professor Ludvig Edmans gruppe ved Institut for Fysik ved Umeå Universitet, vi undersøger nu dette materiale yderligere som en potentiel komponent i organiske solceller i håb om at gøre sådanne enheder mere effektive, ”siger Thomas Wågberg.

Vores undersøgelse er naturligvis også interessant af grundlæggende årsager, da det åbner muligheder for at undersøge vigtige fysiske egenskaber ved molekylære materialer med nanoskala dimensioner.

Om nanoribbons:

Carbon nanostrukturer findes i mange forskellige former. Graphen er et enkelt lag carbonatomer, som kan "rives" til nanoribbons under visse omstændigheder. På grund af faldet i dimensioner langs en retning, grafen nanoribbons viser mange unikke egenskaber. Fullerener på den anden side er fodboldformede molekyler, der også er opbygget af kulstofatomer, mens PCBM er fullerenlignende molekyler med flere interessante egenskaber og en vedhæftet sidearm for at øge deres opløselighed. I den nuværende undersøgelse har forskerne været i stand til at konstruere nanoribbons omfattende PCBM -molekyler i stedet for carbonatomer, så strukturen stærkt ligner et grafen -nanoribbon i molekylær form.