La mayoría de los dispositivos electrónicos que encontramos en nuestras vidas suelen estar hechos de materiales inorgánicos como el silicio y son dispositivos semiconductores inorgánicos. Sin embargo, los semiconductores tradicionales basados en silicio se enfrentan a graves desafíos debido a muchas deficiencias, como rigidez, fragilidad, alto coste, procesos complejos y escasa biocompatibilidad. Además, los procesos de fabricación de semiconductores basados en silicio se están acercando a sus límites físicos.
Por lo tanto, científicos de todo el mundo están desarrollando varios dispositivos electrónicos nuevos para superar estas deficiencias, mejorar aún más el rendimiento de los dispositivos electrónicos y ampliar sus escenarios de aplicación. En los últimos años, los científicos han buscado mucho un nuevo tipo de dispositivo electrónico: un dispositivo electrónico orgánico hecho de materiales semiconductores orgánicos. Los dispositivos electrónicos orgánicos no sólo tienen buena flexibilidad y transparencia, sino que también son ultrafinos, ultraligeros y respetuosos con el medio ambiente. Estos materiales se pueden procesar mediante procesos sencillos, respetuosos con el medio ambiente y de bajo coste, como la fabricación de soluciones y la impresión de grandes superficies.
Estos productos electrónicos orgánicos más flexibles, livianos, portátiles y transparentes se pueden utilizar en muchos campos, como células solares flexibles, pantallas flexibles, sensores flexibles, dispositivos portátiles flexibles, dispositivos implantables, etc. Entre ellos, un caso típico de éxito comercial son los diodos emisores de luz orgánicos (diodos emisores de luz orgánicos), y la última generación de teléfonos inteligentes ha comenzado a utilizar pantallas de diodos emisores de luz orgánicos.
Reforma
Hoy me gustaría presentar un nuevo avance en el campo de la electrónica orgánica.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por Tsuyoshi Michinobu y Wang Yang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto de Tecnología de Tokio informó sobre un transistor unipolar tipo N con un rendimiento de movilidad de electrones líder en el mundo. Utilizaron un nuevo enfoque para mejorar la movilidad de los electrones de los polímeros semiconductores, que hasta ahora había resultado difícil de optimizar. Su material de alto rendimiento alcanza los 7,16 cm2 V? 1? En comparación con resultados comparables anteriores, la movilidad electrónica de 1 mejora en más del 40%.
El artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society muestra que se centran en mejorar las propiedades de los materiales denominados "polímeros semiconductores tipo N". Los materiales de tipo N son conducidos principalmente por electrones cargados negativamente; en términos relativos, los materiales de tipo P son conducidos principalmente por huecos cargados positivamente. Michinobu explica: "Fabricar semiconductores estables de tipo N ha sido un desafío importante en el campo de la electrónica orgánica debido a la inestabilidad inherente de los grupos atómicos con carga negativa en comparación con los grupos atómicos con carga positiva".
Tecnología
Sin embargo, esta investigación no sólo responde a un desafío básico sino también a una necesidad práctica. Por ejemplo, muchas células solares orgánicas están hechas de polímeros semiconductores de tipo P y derivados de fullereno de tipo N, dijo Wang. La desventaja es que este último es caro, difícil de sintetizar e incompatible con dispositivos flexibles. Dijo: "Para superar estas deficiencias, los polímeros semiconductores de tipo N de alto rendimiento son muy prometedores para promover la investigación de células solares totalmente poliméricas".
El enfoque del equipo implica el uso de una serie de nuevos benzotiadienos azol. -derivados de naftalimida y afinar la conformación de la cadena principal del material. Este método se puede lograr introduciendo un "puente de 1,2-vinilideno". Estudios anteriores han demostrado que se cree que esta estructura es un espaciador eficaz, pero este espaciador nunca se ha utilizado en los polímeros involucrados en este estudio. Puede formar enlaces de hidrógeno con átomos de flúor y oxígeno adyacentes. La introducción de estos "puentes de 1,2-vinilideno" requiere tecnologías importantes que puedan optimizar las condiciones de reacción.
En general, los materiales resultantes tienen un mejor orden de ensamblaje molecular y una mayor resistencia, lo que resulta beneficioso para mejorar la movilidad de los electrones.
Utilizando la dispersión de rayos X de gran ángulo de incidencia rasante (GIWAXS) y otras técnicas, los investigadores confirmaron que lograron una "distancia de apilamiento π?π" muy corta de sólo 3,40 milímetros (un milímetro es un décimo nanómetro). Esta distancia mide qué tan lejos debe transportarse la carga dentro de la carga. Michinobu dijo: "Esta distancia es la más corta para polímeros semiconductores orgánicos con alta movilidad".
Valor
Este logro presagia la llegada de la electrónica orgánica. Un futuro apasionante en el que los científicos desarrollan pantallas flexibles innovadoras. y tecnologías portátiles.
El futuro
Además, los investigadores se enfrentan a varios retos. Dijo: "Necesitamos optimizar aún más la estructura principal. Al mismo tiempo, los grupos de cadenas laterales también desempeñan un papel importante en la determinación de la cristalinidad y la dirección de encapsulación del polímero semiconductor. Todavía tenemos margen de mejora".
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Wang señaló que para los polímeros reportados, el nivel de energía del orbital molecular desocupado (LUMO) más bajo está entre 3,8 eV y 3,9 eV. Dijo: "Cuanto más profundo es el nivel de energía LUMO, más bajo es el electrón. Cuanto más rápida sea la transmisión, más estable será. Por lo tanto, un mayor diseño, por ejemplo mediante la introducción de sp2-N, átomos de flúor y átomos de cloro, ayudará a lograr niveles de energía LUMO más profundos. ”
En el futuro, los investigadores también planearán mejorar la estabilidad en el aire de los transistores de canal N para circuitos lógicos de semiconductores de óxido metálico complementarios (CMOS), células solares totalmente poliméricas, fotodetectores orgánicos y termoeléctricos orgánicos. Para aplicaciones prácticas como dispositivos, la estabilidad del aire es un tema muy crítico
Datos de referencia
1 https://www . html
2 http://dx.org/10.1021/jacs.