(Phys.org)-Onderzoekers hebben mogelijk een "sweet spot" voor organische elektronica gevonden door een nieuw 2D halfgeleidend, met polymeer gemengd nanonetwerkmateriaal te fabriceren dat tegelijkertijd uitstekende ladingsmobiliteit bereikt, hoge flexibiliteit, en bijna 100% optische transparantie - een combinatie van eigenschappen die tot nu toe ongrijpbaar was voor halfgeleidende materialen. Volgens de onderzoekers is het nanonetwerk is het eerste echt kleurloze, buigbaar halfgeleidend materiaal, zoals aangetoond door de fabricage van veldeffecttransistoren met geïntegreerde LED's.

De onderzoekers, geleid door Kwanghee Lee, een professor aan het Gwangju Institute of Science and Technology in Zuid-Korea, hebben een paper gepubliceerd over het nieuwe materiaal in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Tot dusver, er is geen halfgeleidend materiaal geweest dat tegelijkertijd uitstekende optische transparantie bereikt, hoge mobiliteit van ladingdragers, en echte flexibiliteit, " vertelde co-auteur Kilho Yu van het Gwangju Institute of Science and Technology: Phys.org . "Metaaloxiden, zoals ZnO en IGZO, uitstekende transparantie en hoge mobiliteit hebben, maar ze zijn broos en vertonen een slechte mobiliteit als ze niet worden behandeld met hoge temperaturen (> 200 °C) processen, die niet wenselijk zijn voor fabricage op flexibele substraten. Algemene halfgeleidende polymeren zijn flexibel, maar vertonen een slechte mobiliteit zonder complexe processen en zijn niet erg transparant vanwege hun hoge optische absorptiecoëfficiënt."

Het nieuwe polymeermengsel bestaat uit ongeveer 15% halfgeleidend polymeer, DPP2T genaamd, geïntegreerd in een inerte polystyreenmatrix. De twee soorten polymeren mengen niet uniform, maar in plaats daarvan vormt de DPP2T een webachtig nanonetwerk via de inerte matrix, het creëren van zeer geordende, continu verbonden laadpaden voor snel laadtransport.

Tot dusver, transparantie was bijzonder uitdagend om te bereiken in halfgeleidende polymeren vanwege hun inherent hoge lichtabsorptie in het zichtbare bereik. DPP2T behoort tot een nieuwere klasse van halfgeleidende polymeren waarbij de lichtabsorptiepiek in het rood verschoven is naar het nabij-infraroodbereik, dus absorbeert het veel minder licht in het zichtbare bereik en heeft het een grotere optische transparantie.

Echter, DPP2T zelf heeft nog steeds een groenachtige tint. Alleen door de DPP2T te mengen met de polystyreenmatrix konden de onderzoekers een materiaal fabriceren dat bijna perfect transparant is over het hele zichtbare bereik.

In de uiteindelijke analyse, de onderzoekers toonden aan dat de afzonderlijke materialen in het polymeermengsel niet alleen alle drie de gewenste eigenschappen kunnen bereiken, maar alleen als ze met elkaar vermengd zijn.

Laten zien, de onderzoekers fabriceerden prototypes van kleurloze, buigbare veldeffecttransistors geïntegreerd bovenop kleurloze, buigbare lichtgevende dioden. De apparaten waren bestand tegen 1, 000 buigcycli zonder ernstige prestatievermindering.

"De halfgeleider van het nanonetwerk kan heel eenvoudig worden gemaakt en is oplossingsverwerkbaar, en het heeft geen warmtebehandeling of andere complexe processen nodig, " zei Yu. "Het behaalt tegelijkertijd uitstekende eigenschappen voor toekomstige transparante, vervormbare elektronische toepassingen. De toepasbaarheid van de nanonetwerk-halfgeleider werd bewezen door de fabricage-aandrijving van prototype FET/OLED-geïntegreerde apparaten. In de krant, we hebben ook een nieuw paradigma getoond voor het bereiken van gemakkelijk ladingstransport in halfgeleidende polymeren, die het belang van schone ladingsroutes langs de polymeerruggengraat benadrukt, in plaats van de mate van kristalliniteit van het polymeer."

De onderzoekers verwachten dat de resultaten de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van een breed scala aan toepassingen, zoals de volgende generatie "doorzichtige" buigbare elektronica en op de huid te bevestigen medische apparaten.

"We onderzoeken momenteel het intrigerende ladingstransportmechanisme van de nanonetwerkhalfgeleider met behulp van verschillende experimentele hulpmiddelen en modellering, " zei Yu. "Bovendien, we passen deze nanonetwerk-halfgeleider toe in verschillende elektronische toepassingen, om er een platformtechnologie van te maken voor vervormbare en transparante elektronica."

© 2017 Fys.org