(PhysOrg.com) -- Organische elektronica - die met op koolstof gebaseerde geleiders in plaats van het traditionele koper of silicium - heeft een aantal voordelen ten opzichte van metalen elektronica, inclusief hun lichte gewicht, flexibiliteit, hogere efficiëntie, en lagere kosten. Maar een van de grootste dingen die hen tegenhoudt, is het ontbreken van een eenvoudige, goedkope methode voor het maken van patronen en het printen van organische materialen. Nu in een nieuwe studie, een team van onderzoekers uit de VS en Australië heeft een patroontechniek ontwikkeld waarbij geleidende polymeren kunnen worden geprint met een goedkope infraroodlaser op een gewone cd of dvd met behulp van de in de handel verkrijgbare LightScribe-technologie.

Zoals R. Kaner van de Universiteit van Californië, Los Angeles, samen met G. Wallace van de Universiteit van Wollongong, Australië, en co-auteurs leggen in hun studie uit in een recent nummer van Nano-letters , de eenvoudige maar efficiënte polymeerpatroontechniek zou veel huidige proof-of-concept organische apparaten naar grootschalige productie kunnen stuwen. Deze apparaten omvatten organische lichtemitterende diodes, organische dunnefilmtransistors, en organische microactuatoren.

LightScribe, die is ontwikkeld door ingenieurs van Hewlett-Packard, gebruikt de infraroodlaser in een cd/dvd-station om gegevens op een cd- of dvd-schijf op te nemen, evenals printlabels met tekst en afbeeldingen op het oppervlak van de schijven. Om deze labels te maken, de laser pulseert op en neer om een ​​gespecialiseerde kleurstofcoating op het oppervlak van de schijf chemisch te activeren.

In plaats van op deze gespecialiseerde coating te printen, hier bedekten de onderzoekers de schijf met een film van geleidende polyaniline-nanovezels, waarop dan direct kan worden gedrukt. Wanneer licht van de infrarode laser wordt geabsorbeerd door de nanogestructureerde polyaniline, er treedt een ongewoon fotothermisch effect op, waarin het polymeer het meeste van zijn geabsorbeerde licht omzet in warmte.

De gegenereerde warmte "laserlassen, ” of kruislinks, de moleculaire ketens en supramoleculaire vezels samen om de oppervlaktemorfologie van een klein gebied van het polymeer te veranderen. Na laserbehandeling, het gelaste gebied van het polymeer verandert van een verwarde nanovezelmat in een gladde, continue film als gevolg van chemische verknoping. Omdat polyaniline-nanovezels slechte warmtegeleiders zijn, de warmte verspreidt zich niet buiten de laserlijnen, wat resulteert in een goed gedefinieerde scheiding tussen de gelaste en niet-gelaste gebieden. De laserlijn die door de infraroodlaser in het cd/dvd-station wordt uitgezonden, heeft een diameter van ongeveer 0,7-1 µm, waardoor uitzonderlijke resolutie en precisie mogelijk is.

Naast de hoge resolutie, de laserlasmethode biedt ook een hoge mate van controle over de geleidbaarheid en optische eigenschappen van het gelaste geleidende polymeer, wat niet mogelijk is met eerdere benaderingen van polymeerpatroonvorming. Gelaste gebieden vertonen een significante afname van de geleidbaarheid van de film, die de onderzoekers toeschrijven aan het verlies van doteerstoffen en pi-conjugatie tijdens het verknopingsproces. Ze laten zien hoe afdrukken in grijstinten de geleidbaarheid van het polymeer kan afstemmen, met lichtere grijswaardenkleuren die een hogere geleidbaarheid hebben. Met de mogelijkheid om grijstinten van wit naar zwart af te drukken, de onderzoekers konden de polyaniline-nanovezelfilm afstemmen van halfgeleider tot isolator, wat een verandering in geleidbaarheid van ongeveer 7 ordes van grootte vertegenwoordigt.

Hoewel het idee om een ​​commercieel labelschrijfsysteem te gebruiken om organische elektronische apparaten af ​​te drukken vrij eenvoudig klinkt, Veronica Strong van de Universiteit van Californië, Los Angeles, legde uit dat het daarom niet de voor de hand liggende eerste keuze is voor een onderzoekslab.

“Er zijn verschillende redenen waarom deze techniek niet eerder is aangetoond, "vertelde ze" PhysOrg.com . “Een van deze redenen is dat, toen we met onze eerste tests begonnen, LightScribe bestond nog maar minder dan zes jaar. Nog, belangrijker, dit type technologie wordt traditioneel niet gevonden in een laboratoriumomgeving en zou ook niet het eerste zijn dat in je opkomt bij het testen van ideeën. Om deze technologie te combineren met geleidende polymeren zou een onderzoeksgroep nodig zijn geweest die specifiek op de markt was voor een nieuwe patroontechniek en het afstemmen van eigenschappen van geleidende polymeren. Onze groep deed precies dat toen het idee voor het eerst werd voorgesteld; in feite, we hadden net alle lasertechnologieën die traditioneel in een laboratoriumomgeving worden gebruikt, uitgeput. Dus toen een collega een dvd-speler met LightScribe-technologie voorstelde, nou, we moesten het gewoon proberen.”

Onder de mogelijke toepassingen, de nieuwe techniek kan ook leiden tot toepassingen via doping. De onderzoekers ontdekten dat de gelaste gebieden niet langer reageren op omkeerbare doping/dedoping met zuren of basen, terwijl de niet-gelaste gebieden nog steeds worden aangetast door doping. Deze eigenschap kan met name handig zijn voor het modelleren van oplaadbare elektroden voor batterijen of supercondensatoren, die profiteren van selectieve doping om snelle laad-/ontlaadsnelheden mogelijk te maken.

De onderzoekers toonden ook aan dat de kleur van het polymeer kan worden gecontroleerd door bepaalde eigenschappen te controleren, zoals de beginoxidatietoestand, de laserintensiteit, en de mate van verknoping. Ook, verschillende polyanilinederivaten absorberen licht anders, wat leidt tot extra kleurvariaties.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan dit idee verder te ontwikkelen door elektronisch actieve apparaten te fabriceren. Ze voorspellen dat de eenvoudige laserlastechniek een belangrijke stap zal zijn naar het op grote schaal modelleren van op polymeren gebaseerde organische elektronica. De techniek kan worden gebruikt om naast polyaniline ook een verscheidenheid aan geleidende polymeer-nanovezels te vormen, en deze polymeren kunnen op veel verschillende substraten worden geprint, inclusief papier. Vrijwel elk patroon kan worden afgedrukt, en dezelfde afbeelding kan herhaaldelijk op dezelfde film worden afgedrukt om het contrast te vergroten. Zonder de noodzaak van fotoresists, maskers, of nabewerking zoals vele andere technieken, de nieuwe methode biedt een eenstapsbenadering die mogelijk zeer brede implicaties kan hebben.

“Momenteel, deze techniek zou vooral nuttig zijn voor het vervaardigen van beter geleidende membranen, microfluïdica, en volledig organische elektronische apparaten, ' zei Sterk. “De intellectuele drijfveer achter dit werk was om aan te tonen dat we momenteel over de tools beschikken die nodig zijn om kosteneffectieve, flexibele organische en elektronisch actieve apparaten. We hopen dat we kunnen helpen dat out-of-the-box denken te stimuleren door nieuwe methoden te ontwikkelen die onze ideeën voor de fabricage van apparaten gebruiken.”

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.