Forskere gør fremskridt mod et nyt miljøvenligt nanomateriale, der kan revolutionere elektroniske enheder

Et team af forskere fra Instituto de Carboquímica fra det spanske nationale forskningsråd (CSIC) har taget et bemærkelsesværdigt skridt fremad i udviklingen af ​​effektive og bæredygtige elektroniske enheder. De har fundet en særlig kombination af to ekstraordinære nanomaterialer, der med succes resulterer i et nyt hybridprodukt, der er i stand til at omdanne lys til elektricitet og omvendt hurtigere end konventionelle materialer.

Forskningen er publiceret i tidsskriftet Chemistry of Materials .

Dette nye materiale består af en endimensionel ledende polymer kaldet polythiophene, genialt integreret med et todimensionelt derivat af grafen kendt som grafenoxid. De unikke egenskaber, som dette hybridmateriale udviser, har et utroligt løfte om at forbedre effektiviteten af ​​optoelektroniske enheder, såsom smartenheders skærme og solpaneler, blandt andre.

Dr. Wolfgang Maser, den ledende forsker på projektet, forklarer:"Gennem vores syntesestrategi antager polymeren en særlig struktur som vanddispergerbare nanopartikler, som favoriserer en intim kontakt med grafenoxidpladerne." Denne kontakt fører igen til elektriske adfærdsændringer i polymeren, hvilket øger dens elektriske effektivitet betydeligt.

Dr. Ana Benito, co-lead forsker af projektet, og leder sammen med Dr. Maser fra Carbon Nanostructures and Nanotechnology group (G-CNN), siger:"Vi var særligt fascinerede af polythiophens fordelagtige optiske, elektriske og elektrokrome egenskaber Mens den genererede elektricitet ved belysning og udsendte lys, når den blev forsynet med elektricitet, var dens reaktion langsom."

"Efter at have studeret grafenoxid grundigt - et nanomateriale afledt af grafen, som har unikke egenskaber, er vandigt dispergerbart og let at producere - antog holdet, at en kombination af de to materialer ville overvinde polymerens iboende elektroniske begrænsninger," påpeger Dr. Maser .

"Vores oprindelige koncept var at modificere polythiophenet ved at gøre det til små nanosfærer kaldet nanopartikler, som nemt kunne kombineres med grafenoxid. Desuden tillod denne metode os at arbejde i vandige dispersioner, noget ekstremt udfordrende med denne type polymerer," understreger. Dr. Benito.

"I første omgang observerede vi ingen ændringer i materialets elektroniske egenskaber. Men da vi analyserede det i dybden, fandt vi ud af, at de nye materialer muliggjorde usædvanlige hurtige elektrontransportfænomener, så hurtigt, at vi i starten ikke var i stand til at spore det. med standardteknikkerne."

Samarbejde med forskere fra universiteterne i Murcia, Cartagena og Zaragoza var nøglen til at bekræfte relevansen af ​​deres resultater.

En teknologisk revolution

Denne banebrydende opdagelse har betydelige konsekvenser for en lang række teknologiske applikationer, herunder fremstilling af smarte fleksible skærme, bærbare elektroniske enheder eller højeffektivt elektronisk papir.

Eduardo Colom, hovedforfatteren af ​​artiklen, der undersøger hybridmaterialerne i sin ph.d. afhandling, forklarer, "Enheder bygget med dette nye materiale ville udvise overlegen effektivitet, reduceret vægt, øget fleksibilitet og større bæredygtighed, alt sammen takket være brugen af ​​miljøvenlige materialer med fremragende elektriske egenskaber."

Desuden kunne dette gennembrud også øge effektiviteten af ​​organiske solceller ved at fange en større mængde lys fra solen på en mere effektiv og omkostningseffektiv måde.

Forfatterne påpeger endvidere:"Vi kan muligvis lave mere energieffektive elektroniske enheder, der forbruger mindre strøm, samtidig med at de giver hurtigere svar. Disse resultater skubber os mod en fremtid baseret på en mere avanceret og bæredygtig teknologi."

En forpligtelse til bæredygtighed

Syntesen af ​​dette nye hybridmateriale repræsenterer et væsentligt skridt i retning af bæredygtighed, da det er afhængigt af vand som opløsningsmiddel og undgår brugen af ​​giftige kemikalier, der normalt anvendes i de nuværende metoder. Dette rummer potentialet til at reducere miljøpåvirkningen forbundet med fremstilling af elektroniske enheder.

Desuden kunne den anvendte syntesestrategi udvides til andre ledende polymerer, og derved fremme vigtige implikationer i teknologiske applikationer. Denne konstatering repræsenterer en vigtig bedrift inden for bæredygtigt design af nye arkitekturer til højtydende optoelektroniske enheder.

Holdet af forskere fra G-CNN-gruppen har i nyere tid fokuseret på at skabe yderst funktionelle og bæredygtige nanomaterialer. Disse alsidige nanomaterialer finder anvendelse i en bred vifte af applikationer, lige fra generering af ren energi, såsom grøn brint, til katalyse, energilagring eller endda bevarelse af arv, udvikling af (bio)sensorer og sygdomsbehandling.

Flere oplysninger: Eduardo Colom et al., Graphene Oxide:Nøglen til effektiv ladningsekstraktion og undertrykkelse af polaronisk transport i hybrider med poly (3-hexylthiophene) nanopartikler, Materialerkemi (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00008

Journaloplysninger: Materialernes kemi

Leveret af det spanske nationale forskningsråd