Чернила будущего в печатной электронике

Исследовательская группа во главе с доцентом Симоне Фабиано (Simone Fabiano) из Лаборатории органической электроники Университета Линчёпинга создала органический материал с превосходной проводимостью, который не требует легирования. Они достигли этого путем смешивания двух полимеров с различными свойствами.

Чтобы увеличить проводимость полимеров и таким образом получить более высокую эффективность в органических солнечных элементах, светодиодах и других биоэлектронных применениях, исследователи до сих пор легировали материал различными веществами. Как правило, это делается либо удалением электрона, либо передачей его полупроводниковому материалу с помощью молекулы легирующей примеси, стратегия, которая увеличивает количество зарядов и, следовательно, проводимость материала.

«Мы обычно добавляем наши органические полимеры для улучшения их проводимости и производительности устройства. Процесс некоторое время стабилен, но материал вырождается, и вещества, которые мы используем в качестве легирующих агентов, могут со временем выщелачиваться. Это то, чего мы хотим избежать при любой ценой, например, в приложениях биоэлектроники, где органические электронные компоненты могут дать огромные преимущества в носимой электронике и в качестве имплантатов в теле», - говорит Симоне Фабиано.

Исследовательская группа, включающая ученых из пяти стран, в настоящее время преуспела в объединении двух полимеров, получая проводящие чернила, которые не требуют легирования для проведения электричества. Уровни энергии двух материалов идеально совпадают, так что заряды самопроизвольно переносятся из одного полимера в другой.

«Явление самопроизвольного переноса заряда было продемонстрировано ранее, но только для монокристаллов в лабораторном масштабе. Никто не показал ничего, что можно было бы использовать в промышленном масштабе. Полимеры состоят из крупных и стабильных молекул, которые легко осаждаются из раствора и именно поэтому они хорошо подходят для широкомасштабного использования в качестве чернил в печатной электронике», - говорит Симоне Фабиано.

Полимеры являются простыми и относительно дешевыми материалами и имеются в продаже. Никакие посторонние вещества не выщелачиваются из новой полимерной смеси. Он остается стабильным в течение длительного времени и выдерживает высокие температуры. Эти свойства важны для устройств сбора/хранения энергии, а также для носимой электроники.

«Поскольку они не содержат легирующих агентов, они стабильны во времени и могут быть использованы в сложных условиях. Открытие этого явления открывает совершенно новые возможности для улучшения характеристик светодиодов и солнечных элементов. Это также относится и к другие термоэлектрические применения, и не в последнюю очередь для исследований в области носимой и закрытой электроники», - отметил Симоне Фабиано.

«Мы привлекли ученых из Университета Линчепинга и Технологического университета Чалмерса, а также экспертов из США, Германии, Японии и Китая. Это был действительно большой опыт, чтобы возглавить эту работу, которая является крупным и важным шагом в этой области», - сказал он.

Основное финансирование для исследований поступило от Шведского исследовательского совета и Научного центра Wallenberg Wood. Он также проводился в рамках стратегической инициативы в области современных функциональных материалов, AFM, в Университете Линчепинга.

«По сути, легирование в проводящих полимерах, генерирующих высокую электропроводность, до сих пор достигалось только путем объединения непроводящего легирующего вещества с проводящим полимером. Теперь, впервые сочетание двух проводящих полимеров создает композитную систему, которая Высокая стабильность и высокая проводимость. Это открытие определяет новую важную главу в области проводящих полимеров и вызовет множество новых применений и интерес во всем мире», - сказал профессор Магнус Берггрен (Magnus Berggren), директор Лаборатории органической электроники в Университете Линчепинга.

Симоне Фабиано (справа)