Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Rydde en bane for elektroner i polymerer: Lukker inn på fartsgrensene

Anonim

Forskere fra University of Cambridge har identifisert en klasse med lavkost, lettbehandlede halvledende polymerer som til tross for deres tilsynelatende disorganiserte indre struktur kan transportere elektroner så effektivt som dyre krystallinske uorganiske halvledere.

annonse


I denne nye polymeren er ca 70% av elektronene frie til å reise, mens i konvensjonelle polymerer dette tallet kan være mindre enn 50%. Materialene tilnærmer seg uavhengige ubegrensede grenser, noe som muliggjør raskere, mer effektiv fleksibel elektronikk og skjermer. Resultatene publiseres i dag (5. november) i tidsskriftet Nature .

I årevis har forskere søkt etter halvledende polymerer som kan løses og bearbeides, noe som gjør dem mye billigere, men beholder også veldefinerte elektroniske egenskaper. Disse materialene brukes i trykte elektroniske kretser, store solceller og fleksible LED-skjermer.

Et stort problem med disse materialene - spesielt etter at de går gjennom et rotete vått belegg, hurtigtørkende trykkprosess - er at de har en indre struktur mer som en bolle med spaghetti enn det vakkert bestilte krystallgitteret som finnes i de fleste elektroniske eller optoelektroniske enheter.

Disse kroker og kroker fører normalt til dårligere ytelse, da de gjør ideelle steder for elektronene som bærer ladning gjennom hele strukturen for å bli fanget og redusert.

Polymermolekyler består av minst en lang ryggradskæde, med kortere kjeder på sidene. Det er disse sidekjedene som gjør konjugerte polymerer enkle å behandle, men de øker også mengden av lidelse, noe som fører til mer fanget elektroner og dårligere ytelse.

Nå har Cambridge-forskerne oppdaget en klasse av konjugerte polymerer som er ekstremt tolerante for enhver form for lidelse som innføres av sidekjedene. "Det som er mest overraskende om disse materialene er at de virker amorfe, det er svært uorden, på mikrostrukturnivå, mens de på elektronisk nivå lar elektroner bevege seg nesten like fritt som i krystallinske uorganiske halvledere, sier Mark Nikolka, PhD student ved universitetets Cavendish Laboratory og en av lederens forfattere.

Ved hjelp av en kombinasjon av elektriske og optiske målinger kombinert med molekylære simuleringer, var forskerlaget ledet av professor Henning Sirringhaus i stand til å måle at materialene nærmer seg uordenfrie grenser og at hver molekylenhet langs polymerkjeden er i stand til delta i transport av avgifter.

"Disse materialene ligner små bånd av grafen hvor elektronene kan zoome fort langs lengden av polymerens ryggrad, men ikke så fort som i grafen, " sa Dr Deepak Venkateshvaran, papirets andre hovedforfatter. "Hva gjør dem bedre enn grafen, men er de mye enklere å behandle, og derfor mye billigere."

Forskerne planlegger å bruke disse resultatene for å gi retningslinjer for molekylær design for en bredere klasse uordenfrie konjugerte polymerer, som kunne åpne opp et nytt utvalg av fleksible elektroniske applikasjoner. For eksempel kan disse materialene være egnet for elektronikken som trengs for å gjøre farge- og videodisplayene som brukes i smarttelefoner og nettbrett, lettere, fleksible og robuste.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Cambridge . Den opprinnelige historien er lisensiert under en Creative Commons License. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Michael Dachter, Michael Eckhart, Michael Ehhhhhh, Michael Ehhhhhhh, Michael Ehhhhhhhhh, Jay Kronemeijer, Vincenzo Pecunia, Iyad Nasrallah, Igor Romanov, Katharina Broch, Iain McCulloch, David Emin, Yoann Olivier, Jerome Cornil, David Beljonne, Henning Sirringhaus. Nærmer uordenfri transport i høymobilitetskonjugerte polymerer . Nature, 2014; DOI: 10, 1038 / nature13854