Een onderzoeksgroep onder leiding van Simone Fabiano van het Laboratorium voor Organische Elektronica, Universiteit van Linköping, heeft een organisch materiaal gecreëerd met een uitstekende geleidbaarheid dat niet gedoteerd hoeft te worden. Dit hebben ze bereikt door twee polymeren met verschillende eigenschappen te mengen.

Om de geleidbaarheid van polymeren te verhogen, en op deze manier een hoger rendement te verkrijgen in organische zonnecellen, light-emitting diodes en andere bio-elektronische toepassingen, onderzoekers hebben het materiaal tot nu toe gedoteerd met verschillende stoffen. Typisch, dit wordt gedaan door ofwel een elektron te verwijderen of het te doneren aan het halfgeleidermateriaal met een doteringsmolecuul, een strategie die het aantal ladingen en daarmee de geleidbaarheid van het materiaal verhoogt.

"Normaal gesproken dopen we onze organische polymeren om hun geleidbaarheid en de prestaties van het apparaat te verbeteren. Het proces is een tijdje stabiel, maar het materiaal degenereert en de stoffen die we als doping gebruiken, kunnen uiteindelijk uitlogen. Dit willen we koste wat kost vermijden in, bijvoorbeeld, bio-elektronische toepassingen, waar de organische elektronische componenten enorme voordelen kunnen bieden in draagbare elektronica en als implantaten in het lichaam, " zegt universitair hoofddocent Simone Fabiano, hoofd van de Organic Nanoelectronics-groep binnen het Laboratory of Organic Electronics aan de Universiteit van Linköping.

De onderzoeksgroep, met wetenschappers uit vijf landen, is er nu in geslaagd om de twee polymeren te combineren, het produceren van een geleidende inkt die geen doping nodig heeft om elektriciteit te geleiden. De energieniveaus van de twee materialen passen perfect bij elkaar, zodanig dat ladingen spontaan van het ene polymeer naar het andere worden overgedragen.

De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurmaterialen .

"Het fenomeen van spontane ladingsoverdracht is al eerder aangetoond, maar alleen voor eenkristallen op laboratoriumschaal. Niemand heeft iets getoond dat op industriële schaal kan worden gebruikt. Polymeren bestaan ​​uit grote en stabiele moleculen die gemakkelijk uit oplossing kunnen worden afgezet, en daarom zijn ze zeer geschikt voor grootschalig gebruik als inkt in gedrukte elektronica, ' zegt Simone Fabiano.

Polymeren zijn eenvoudige en relatief goedkope materialen, en zijn in de handel verkrijgbaar. Er logen geen vreemde stoffen uit het nieuwe polymeermengsel. Het blijft lang stabiel en is bestand tegen hoge temperaturen. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor apparaten voor het oogsten/opslag van energie en voor draagbare elektronica.

"Omdat ze vrij zijn van dopingmiddelen, ze zijn stabiel in de tijd en kunnen worden gebruikt in veeleisende toepassingen. De ontdekking van dit fenomeen opent volledig nieuwe mogelijkheden om de prestaties van lichtgevende diodes en zonnecellen te verbeteren. Dit is ook het geval voor andere thermo-elektrische toepassingen, en niet in de laatste plaats voor onderzoek binnen draagbare en close-body elektronica, ' zegt Simone Fabiano.

"We hebben wetenschappers van Linköping University en Chalmers University of Technology betrokken, en deskundigen in de VS, Duitsland, Japan, en China. Het was een geweldige ervaring om dit werk te leiden, wat een grote en belangrijke stap in het veld is, " hij zegt.

De belangrijkste financiering voor het onderzoek is afkomstig van de Swedish Research Council en het Wallenberg Wood Science Center. Het is ook uitgevoerd in het kader van het strategische initiatief in geavanceerde functionele materialen, AFM, aan de Universiteit van Linköping.

"Fundamenteel, doping in geleidende polymeren, het genereren van hoge elektrische geleidbaarheid, is tot nu toe alleen bereikt door een niet-geleidende doteerstof te combineren met een geleidend polymeer. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, de combinatie van twee geleidende polymeren zorgt voor een composietsysteem dat zeer stabiel en sterk geleidend is. Deze ontdekking definieert een belangrijk nieuw hoofdstuk op het gebied van geleidende polymeren, en zal wereldwijd vele nieuwe toepassingen en interesse opwekken, " zegt professor Magnus Berggren, directeur van Laboratory of Organic Electronics aan de Universiteit van Linköping.