Goedkoop, flexibele en duurzame kunststof halfgeleiders worden binnenkort realiteit dankzij een doorbraak van chemici van de Universiteit van Waterloo.

Professor Derek Schipper en zijn team bij Waterloo hebben een manier ontwikkeld om geconjugeerde polymeren te maken, kunststoffen die elektriciteit geleiden zoals metalen, met behulp van een eenvoudige dehydratatiereactie waarvan het enige bijproduct water is.

"De natuur gebruikt deze reactie al miljarden jaren en de industrie meer dan honderd, " zei Schipper, een professor in de chemie en een Canadese onderzoeksleerstoel in de synthese van organisch materiaal. "Het is een van de goedkoopste en meest milieuvriendelijke reacties voor het produceren van plastic."

Schipper en zijn team hebben deze reactie met succes toegepast om poly(hetero)arenen te creëren, een van de meest bestudeerde klassen van geconjugeerde polymeren die zijn gebruikt om lichtgewicht, goedkope elektronica zoals zonnecellen, LED-displays, en chemische en biochemische sensoren.

Uitdroging is een veelgebruikte methode om polymeren te maken, een keten van zich herhalende moleculen of monomeren die als een trein met elkaar verbonden zijn. De natuur gebruikt de uitdrogingsreactie om complexe suikers te maken uit glucose, evenals eiwitten en andere biologische bouwstenen zoals cellulose. Kunststoffabrikanten gebruiken het om alles te maken, van nylon tot polyester, goedkoop en in verbijsterende bulk.

"Synthese is al lang een probleem op dit gebied, "Zei Schipper. "Een dehydratiemethode zoals de onze zal het hele proces stroomlijnen, van de ontdekking van nieuwe derivaten tot de commerciële productontwikkeling. Nog steeds beter, de reactie verloopt relatief snel en bij kamertemperatuur."

Geconjugeerde polymeren werden voor het eerst ontdekt door Alan Heeger, Alan MacDonald, en Hideki Shirakawa eind jaren 70, uiteindelijk verdienden ze de Nobelprijs voor de Scheikunde in 2000.

Onderzoekers en ingenieurs ontdekten al snel verschillende nieuwe polymeerklassen met tal van commerciële toepassingen, inclusief een halfgeleidende versie van het materiaal; maar de vooruitgang bij het bereiken van markten is grotendeels tot stilstand gekomen omdat geconjugeerde polymeren zo moeilijk te maken zijn. De meerstapsreacties omvatten vaak dure katalysatoren en produceren milieubelastende afvalproducten.

Schipper en zijn team blijven de techniek perfectioneren, terwijl ze ook werken aan de ontwikkeling van methoden voor dehydratiesynthese voor andere klassen van geconjugeerde polymeren. De resultaten van hun onderzoek tot nu toe verschenen onlangs in het tijdschrift Chemie - Een Europees tijdschrift .