(Phys.org)—Forskare kan ha hittat en "sweet spot" för organisk elektronik genom att tillverka ett nytt 2D-halvledande polymerblandat nanonätmaterial som samtidigt uppnår utmärkt laddningsrörlighet, hög flexibilitet, och nästan 100 % optisk transparens – en kombination av egenskaper som hittills varit svårfångade för halvledande material. Enligt forskarna, nanonätverket är det första riktigt färglösa, böjbart halvledande material, vilket framgår av tillverkningen av fälteffekttransistorer med integrerade lysdioder.

Forskarna, ledd av Kwanghee Lee, en professor vid Gwangju Institute of Science and Technology i Sydkorea, har publicerat en artikel om det nya materialet i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Än så länge, det har inte funnits något halvledande material som samtidigt uppnår utmärkt optisk transparens, hög laddningsbärares rörlighet, och verklig flexibilitet, " berättade medförfattaren Kilho Yu vid Gwangju Institute of Science and Technology Phys.org . "Metaloxider, som ZnO och IGZO, har utmärkt transparens och hög rörlighet, men de är spröda och visar dålig rörlighet om de inte behandlas med hög temperatur (> 200 °C) processer, som inte är önskvärda för tillverkning på flexibla substrat. Allmänna halvledande polymerer är flexibla, men visar dålig rörlighet utan komplexa processer och är inte särskilt transparenta på grund av deras höga optiska absorptionskoefficient."

Den nya polymerblandningen består av cirka 15 % halvledande polymer som kallas DPP2T integrerad i en inert polystyrenmatris. De två typerna av polymerer blandas inte enhetligt, men istället bildar DPP2T ett webbliknande nanonätverk genom den inerta matrisen, skapa mycket ordnade, kontinuerligt sammankopplade laddningsvägar för snabb laddningstransport.

Än så länge, transparens har varit särskilt utmanande att uppnå i halvledande polymerer på grund av deras inneboende höga ljusabsorption i det synliga området. DPP2T tillhör en nyare klass av halvledande polymerer där ljusabsorptionstoppen är rödförskjuten till det nära-infraröda området, så den absorberar mycket mindre ljus i det synliga området och har större optisk transparens.

Dock, DPP2T i sig har fortfarande en grönaktig nyans. Endast genom att blanda DPP2T med polystyrenmatrisen kunde forskarna tillverka ett material som är nästan perfekt genomskinligt i hela det synliga området.

I slutändan, forskarna visade att de enskilda materialen i polymerblandningen inte kan uppnå alla tre önskade egenskaperna på egen hand, men bara när de blandas ihop.

Att demonstrera, forskarna tillverkade prototyper av färglösa, böjbara fälteffekttransistorer integrerade ovanpå färglösa, böjbara lysdioder. Enheterna kunde motstå 1, 000 böjcykler utan allvarlig prestandaförsämring.

"Halvledaren för nanonätverk kan tillverkas mycket enkelt och är lösningsbearbetbar, och det behöver ingen värmebehandling eller några andra komplexa processer, " sade Yu. "Det uppnår samtidigt utmärkta egenskaper för framtida transparent, deformerbara elektroniska applikationer. Tillämpligheten av nanonätverkshalvledaren bevisades genom tillverkningen av prototypintegrerade FET/OLED-enheter. I tidningen, vi har också visat ett nytt paradigm för att uppnå enkel laddningstransport i halvledande polymerer, vilket understryker vikten av rena laddningsvägar längs polymerryggraden, snarare än graden av kristallinitet hos polymeren."

Forskarna förväntar sig att resultaten kommer att bana väg för utvecklingen av en mängd olika applikationer, som nästa generations "genomskinlig" böjbar elektronik och hudmonterbar medicinsk utrustning.

"Vi undersöker för närvarande den spännande laddningstransportmekanismen för nanonätverkshalvledaren med hjälp av olika experimentella verktyg och modellering, " sade Yu. "Dessutom, vi tillämpar denna nanonätverkshalvledare mot olika elektroniska applikationer, för att göra det till en plattformsteknik för deformerbar och transparent elektronik."

© 2017 Phys.org