Ученые Центра энергетических наук и технологий Сколтеха и Института проблем химической физики РАН разработали новый подход к формированию тонких полупроводниковых фуллереновых пленок. Теперь органическую электронику можно создавать без использования токсичных органических растворителей и без дорогих вакуумных технологий. Это снижает экологические риски и делает органическую электронику более доступной.
Придуман способ создания безвредной для экологии органической электроники / ©solarb.ru
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C.
Органическая электроника открывает перед производителями электронных устройств уникальные возможности, недоступные другим технологиям. Легкость, гибкость и дешевизна органических полупроводников в совокупности с возможностью их химической модификации для придания им необходимых свойств позволяет создавать недорогие и эффективные устройства для интернета вещей, мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени, контроля качества продуктов питания и многие другие.
Однако на данный момент масштабная коммерциализация подобных продуктов затруднена по нескольким причинам. Одна из них — экологические риски, связанные с массовым производством электроники на основе органических полупроводниковых материалов методами печати, которые сопряжены с выбросом в атмосферу большого количества паров токсичных органических растворителей, что может негативно сказаться на состоянии окружающей среды. Вакуумные методы лишены этого недостатка, однако они очень энергозатратны, что ведет к заметному удорожанию производства, и связаны с выбросом углекислого газа и других парниковых газов при производстве электроэнергии.
Существенным прорывом в этой области может стать отказ от использования токсичных органических соединений, например, хлороформа, толуола или 1,2-дихлорбензола, и переход к безопасным растворителям, таким как вода или спирты. Фуллерен C60 – уникальная модификация углерода, молекула, похожая по форме на футбольный мяч. Фуллерен проявляет множество интересных свойств, в том числе он может проводить электрический ток. Однако, как и в случае с многими другими полупроводниковыми материалами, он растворим только в токсичных (часто хлорированных) органических растворителях.
Исследовательская группа под руководством профессора Сколтеха Павла Трошина ранее показала, что серосодержащие производные фуллерена уже при небольшом нагревании претерпевают разложение с образованием исходного фуллерена. В своей последней работе ученые использовали эту особенность для формирования тонких пленок фуллерена из водных растворов.
«Целью нашей работы было создание метода нанесения тонких пленок фуллерена из водных или спиртовых растворов. В этом контексте очень интересны серосодержащие производные фуллерена с ионогенными группами (аминными или карбоксильными), которые хорошо растворимы в воде. Потому водные растворы таких соединений-предшественников можно использовать в качестве «электронных чернил», нанося на подложки с использованием существующих методов печати. Образующиеся пленки дальше нужно лишь прогреть для получения высококачественного полупроводникового слоя фуллерена», – рассказывает первый автор опубликованной работы, аспирант Сколтеха Артем Новиков.
Сформированные из водорастворимого предшественника полупроводниковые пленки фуллерена были использованы для изготовления органических полевых транзисторов с высокой подвижностью носителей заряда и газовых сенсоров, способных распознавать аналит (аммиак) в концентрации менее 1 м. д. (1 часть на миллион).
Полученные результаты свидетельствуют о больших перспективах применения подобных соединений-предшественников в экологически безопасных технологиях производства устройств органической электроники.
