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有机电子产品的突破

2019-03-06 22:01
        

  来自瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员发现了一种简单的新调整,可以使有机电子产品的效率翻倍。OLED显示器,塑料太阳能电池和生物电子技术只是可以从其新发现中受益的一些技术,该发现涉及“双掺杂”聚合物。

  我们的日常电子产品大部分都基于无机半导体,如硅。其功能的关键是称为掺杂的过程,其涉及将杂质编织到半导体中以增强其导电性。正是这使得太阳能电池和LED屏幕中的各种组件能够工作。

  对于有机 - 即碳基半导体,这种掺杂工艺同样极为重要。自从发现导电塑料和聚合物(2000年获得诺贝尔奖)以来,有机电子产品的研究和开发迅速加速。OLED显示器是已经在市场上的一个例子,例如在最新一代的智能手机中。其他应用尚未完全实现,部分原因是有机半导体迄今为止还不够有效。

  有机半导体中的掺杂通过所谓的氧化还原反应来进行。这意味着掺杂剂分子从半导体接收电子,增加半导体的电导率。半导体可以与之反应的掺杂剂分子越多,电导率越高 - 至少达到一定限度,之后电导率降低。目前,掺杂有机半导体的效率极限已经由掺杂剂分子仅能够交换一个电子的事实决定。

  但是现在,在自然材料科学杂志的一篇文章中,ChristianMller教授和他的团队与其他七所大学的同事一起证明了可以将两个电子移动到每个掺杂分子。

  “通过这种双重兴奋剂过程,半导体可以变得有效两倍,”该组织的博士生和该文章的第一作者David Kiefer说。

  根据ChristianMller的说法,这项创新并非基于一些伟大的技术成就。相反,它只是一个看到别人没见过的情况。

  “整个研究领域一直专注于研究每分子只允许一次氧化还原反应的材料。我们选择观察不同类型的聚合物,电离能较低。我们看到这种材料允许两个电子转移到实际上非常简单,“查尔姆斯理工大学高分子科学教授ChristianMller说。

  这一发现可以进一步改进目前技术水平不足以进入市场的技术。一个问题是聚合物不能很好地传导电流,因此使掺杂技术更有效长期以来一直是实现更好的基于聚合物的电子器件的关注点。现在,聚合物的电导率加倍,同时在与以前相同的表面积上仅使用相同量的掺杂剂材料,可以代表允许几种新兴技术商业化所需的临界点。

  “有了OLED显示器,它的发展已经远远超出了它们已经上市的目标。但是对于其他技术的成功并将其推向市场需要额外的东西。例如,有机太阳能电池,或由有机材料制成的电子电路我们需要能够像硅基电子产品一样对某些元件进行掺杂。我们的方法是朝着正确方向迈出的一步,“ChristianMller说道。

  该发现提供了基础知识,可以帮助数千名研究人员在柔性电子,生物电子和热电方面取得进展。ChristianMller的研究小组本身正在研究几个不同的应用领域,以聚合物技术为中心。除此之外,他的团队正在研究导电纺织品和有机太阳能电池的发展。



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