Den organiska polymeren PEDOT är ett av världens mest intensivt studerade material. Trots detta, Forskare vid Linköpings universitet har nu visat att materialet fungerar på ett helt annat sätt än man tidigare trott. Resultatet har stor betydelse inom många användningsområden.

PEDOT har unika egenskaper, och är mycket lämplig för användning i solceller, elektroder, ljusemitterande dioder, mjuka skärmar, bioelektroniska komponenter, och många andra applikationer. Dock, de flesta artiklar är experimentella till sin natur, och endast en liten bråkdel – färre än en på tusen – av artiklarna ger en teoretisk förståelse av polymerens olika aspekter. Detsamma gäller PEDOTs elektroniska struktur.

"Trial and error-forskningens tidsålder borde vara över. Jag kan inte föreställa mig hur det idag skulle vara möjligt att utveckla ett nytt material utan att ha en djup teoretisk förståelse för de underliggande principerna som bestämmer dess egenskaper, " säger Igor Zozoulenko, professor och chef för teori- och modelleringsgruppen vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, Campus Norrköping.

Han är också huvudförfattare till en artikel i ACS Applied Polymer Materials som presenterar en ny teori om elektronisk struktur och optiska egenskaper hos PEDOT som kullkastar en stor del av motsvarande tidigare forskning om PEDOT.

Den beräkningsmodell som för närvarande erkänns som den mest exakta för att förutsäga egenskaper hos material är känd som "DFT, " en förkortning av "density functional theory." Metoden beräknar kvantmekaniska elektrondensiteter på ett så effektivt sätt som möjligt, och har blivit en standard inom materialvetenskapens olika grenar. För organiskt ledande polymerer, dock, modeller som utvecklades på 1980-talet – innan DFT fick sin utbredda användning – används fortfarande i stor utsträckning. Forskarnas arbete vid LiU har visat att dessa modeller är uppenbart felaktiga.

"Många av de analyser som har presenterats i vetenskapliga artiklar om PEDOT kommer att behöva ses över och revideras, säger Igor Zozoulenko.

En av de stora skillnaderna gäller den optiska absorptionen, eller (något förenklat) de ljusemitterande egenskaperna, av materialet. Dessa är, självklart, avgörande för dess användning i solceller, mjuka skärmar, och andra applikationer. Det optiska spektrumet – ljusets färg – beror på materialets elektroniska struktur, inklusive sådana egenskaper som energinivåerna vid vilka elektroner finns inuti atomen, snurrarna de har, och hur de kan röra sig i materialet. Eftersom vår förståelse har varit bristfällig, tolkningen av experimentresultaten har varit felaktig.

PEDOT, eller poly(3, 4-etylendioxitiofen), är också ett material som kan dopas för att ge det dess anmärkningsvärda ledningsförmåga. Färgen ändras när graden av dopning ökar, eller, med andra ord, allt eftersom ökande mängder av ett dopningsmedel tillsätts för att bryta parningen mellan elektroner i atomerna. Tidigare metoder har, helt enkelt, inte varit tillräckligt exakt.

"Vårt papper presenterar en helt annan tolkning av det optiska spektrat från PEDOT, och en helt annan tolkning av det elektronparametriska resonansspektrumet, EPR. Våra resultat kan även appliceras på många andra ledande polymermaterial, säger Igor Zozoulenko.