Halvledende nanonetværk kan danne rygraden i gennemsigtige, fleksibel elektronik

(Phys.org) —Forskere har muligvis fundet et "sweet spot" for organisk elektronik ved at fremstille et nyt 2D halvledende polymerblandet nanonetwork-materiale, der samtidigt opnår fremragende ladningsmobilitet, høj fleksibilitet, og næsten 100 % optisk gennemsigtighed - en kombination af egenskaber, der hidtil har været uhåndgribelige for halvledende materialer. Ifølge forskerne, nanonetwork er det første virkelig farveløse, bøjeligt halvledende materiale, som demonstreret ved fremstillingen af ​​felteffekttransistorer med integrerede LED'er.

Forskerne, ledet af Kwanghee Lee, professor ved Gwangju Institute of Science and Technology i Sydkorea, har udgivet en artikel om det nye materiale i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Indtil nu, der har ikke været noget halvledende materiale, der samtidig opnår fremragende optisk gennemsigtighed, høj mobilitet fra ladebæreren, og ægte fleksibilitet, " fortalte medforfatter Kilho Yu ved Gwangju Institute of Science and Technology Phys.org . "Metaloxider, såsom ZnO og IGZO, har fremragende gennemsigtighed og høj mobilitet, men de er skøre og viser dårlig mobilitet, hvis de ikke behandles med høj temperatur (> 200 °C) processer, som ikke er ønskelige til fremstilling på fleksible underlag. Generelle halvledende polymerer er fleksible, men viser dårlig mobilitet uden komplekse processer og er ikke særlig gennemsigtige på grund af deres høje optiske absorptionskoefficient."

Den nye polymerblanding består af omkring 15 % halvledende polymer kaldet DPP2T integreret i en inert polystyrenmatrix. De to typer polymerer blandes ikke ensartet, men i stedet danner DPP2T et web-lignende nanonetværk gennem den inerte matrix, skabe meget velordnet, kontinuerligt forbundne ladningsveje til hurtig ladningstransport.

Indtil nu, gennemsigtighed har været særlig udfordrende at opnå i halvledende polymerer på grund af deres iboende høje lysabsorption i det synlige område. DPP2T tilhører en nyere klasse af halvledende polymerer, hvor lysabsorptionstoppen er rødforskudt til det nær-infrarøde område, så det absorberer meget mindre lys i det synlige område og har større optisk gennemsigtighed.

Imidlertid, DPP2T i sig selv har stadig en grønlig farvetone. Kun ved at blande DPP2T med polystyrenmatrixen kunne forskerne fremstille et materiale, der er næsten perfekt gennemsigtigt i hele det synlige område.

I den endelige analyse, forskerne viste, at de enkelte materialer i polymerblandingen ikke kan opnå alle tre af de ønskede egenskaber på egen hånd, men kun når de er blandet sammen.

At demonstrere, forskerne fremstillede prototyper af farveløse, bøjelige felt-effekt-transistorer integreret oven på farveløse, bøjelige lysemitterende dioder. Enhederne kunne modstå 1, 000 bøjningscykler uden alvorlig forringelse af ydeevnen.

"Halvlederen til nanonetværket kan laves meget let og kan behandles i opløsning, og det behøver ingen varmebehandling eller andre komplekse processer, "Sagde Yu." Det opnår samtidig fremragende egenskaber for fremtidig gennemsigtig, deformerbare elektroniske applikationer. Anvendeligheden af ​​nanonetwork -halvlederen blev bevist af fremstillingsdrevet af prototype FET/OLED -integrerede enheder. I avisen, vi har også vist et nyt paradigme for at opnå let ladningstransport i halvledende polymerer, som understreger vigtigheden af ​​rene ladningsveje langs polymerryggen, snarere end graden af ​​polymerens krystallinitet."

Forskerne forventer, at resultaterne vil bane vejen for udvikling af en bred vifte af applikationer, såsom næste generations "gennemsigtig" bøjelig elektronik og medicinsk udstyr, der kan fastgøres til huden.

"Vi er i øjeblikket ved at undersøge den spændende ladningstransportmekanisme af nanonetværkets halvleder ved hjælp af forskellige eksperimentelle værktøjer og modellering, " sagde Yu. "Desuden, vi anvender denne nanonetværkshalvleder til forskellige elektroniske applikationer, for at gøre det til en platformsteknologi til deformerbar og gennemsigtig elektronik. "

© 2017 Phys.org