Het organische polymeer PEDOT is een van 's werelds meest intensief bestudeerde materialen. Ondanks dit, Onderzoekers van de Universiteit van Linköping hebben nu aangetoond dat het materiaal op een heel andere manier functioneert dan eerder werd aangenomen. Het resultaat is van grote betekenis in vele toepassingsgebieden.

PEDOT heeft unieke eigenschappen, en is zeer geschikt voor gebruik in zonnecellen, elektroden, lichtgevende dioden, zachte displays, bio-elektronische componenten, en vele andere toepassingen. Echter, de meeste artikelen zijn experimenteel van aard, en slechts een klein deel - minder dan één op de duizend - van de artikelen geeft een theoretisch begrip van de verschillende aspecten van het polymeer. Hetzelfde geldt voor de elektronische structuur van PEDOT.

"Het tijdperk van trial and error-onderzoek zou voorbij moeten zijn. Ik kan me niet voorstellen hoe het vandaag de dag mogelijk zou zijn om een ​​nieuw materiaal te ontwikkelen zonder een diep theoretisch begrip te hebben van de onderliggende principes die de eigenschappen ervan bepalen, " zegt Igor Zozoulenko, professor en hoofd van de theorie- en modelleergroep aan het Laboratorium voor Organische Elektronica, Universiteit van Linköping, Campus Norrköping.

Hij is ook de hoofdauteur van een artikel in ACS toegepaste polymeermaterialen dat presenteert een nieuwe theorie van elektronische structuur en optische eigenschappen van PEDOT die een groot deel van het overeenkomstige eerdere onderzoek naar PEDOT tenietdoet.

Het rekenmodel dat momenteel wordt erkend als het meest nauwkeurige voor het voorspellen van de eigenschappen van materialen, staat bekend als "DFT, " een afkorting van "dichtheidsfunctionaaltheorie." De methode berekent kwantummechanische elektronendichtheden op de meest efficiënte manier mogelijk, en is een standaard geworden binnen de verschillende takken van materiaalkunde. Voor organische geleidende polymeren, echter, modellen die in de jaren tachtig zijn ontwikkeld - voordat de DFT op grote schaal werd gebruikt - worden nog steeds veel gebruikt. Het werk van de onderzoekers van LiU heeft aangetoond dat deze modellen duidelijk onjuist zijn.

"Veel van de analyses die zijn gepresenteerd in wetenschappelijke artikelen over PEDOT zullen opnieuw moeten worden bekeken en herzien, ' zegt Igor Zozoulenko.

Een van de belangrijkste verschillen betreft de optische absorptie, of (enigszins vereenvoudigd) de lichtemitterende eigenschappen, van het materiaal. Dit zijn, natuurlijk, cruciaal voor het gebruik ervan in zonnecellen, zachte displays, en andere toepassingen. Het optische spectrum - de kleur van het licht - hangt af van de elektronische structuur van het materiaal, inclusief eigenschappen zoals de energieniveaus waarop elektronen zich in het atoom bevinden, de spins die ze bezitten, en de manier waarop ze zich in het materiaal kunnen verplaatsen. Aangezien ons begrip gebrekkig was, de interpretatie van de experimentele resultaten is verkeerd geweest.

PEDOT, of poly(3, 4-ethyleendioxythiofeen), is ook een materiaal dat kan worden gedoteerd om het zijn opmerkelijke geleidbaarheid te geven. De kleur verandert naarmate de mate van doping toeneemt, of, met andere woorden, als toenemende hoeveelheden van een dopingmiddel worden toegevoegd om de koppeling tussen elektronen in de atomen te verbreken. Eerdere methoden hebben heel eenvoudig, niet voldoende nauwkeurig geweest.

"Ons artikel presenteert een compleet andere interpretatie van de optische spectra van PEDOT, en een geheel andere interpretatie van het elektronenparametrische resonantiespectrum, EPR. Onze resultaten kunnen ook worden toegepast op vele andere geleidende polymeermaterialen, ' zegt Igor Zozoulenko.