En forskargrupp ledd av Simone Fabiano vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har skapat ett organiskt material med superb ledningsförmåga som inte behöver dopas. Detta har de uppnått genom att blanda två polymerer med olika egenskaper.

För att öka ledningsförmågan hos polymerer, och på så sätt få högre effektivitet i organiska solceller, ljusemitterande dioder och andra bioelektroniska tillämpningar, forskare har hittills dopat materialet med olika ämnen. Vanligtvis, detta görs genom att antingen ta bort en elektron eller donera den till halvledarmaterialet med en dopningsmolekyl, en strategi som ökar antalet laddningar och därmed materialets konduktivitet.

"Vi dopar normalt våra organiska polymerer för att förbättra deras ledningsförmåga och enhetens prestanda. Processen är stabil ett tag, men materialet degenererar och de ämnen vi använder som dopningsmedel kan så småningom läcka ut. Detta är något som vi vill undvika till varje pris i, till exempel, bioelektroniska applikationer, där de organiska elektroniska komponenterna kan ge enorma fördelar i bärbar elektronik och som implantat i kroppen, säger docent Simone Fabiano, chef för gruppen Organic Nanoelectronics inom Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet.

Forskargruppen, med forskare från fem länder, har nu lyckats kombinera de två polymererna, producerar ett ledande bläck som inte kräver någon dopning för att leda elektricitet. Energinivåerna för de två materialen matchar perfekt, så att laddningar spontant överförs från en polymer till den andra.

Resultaten har publicerats i Naturmaterial .

"Fenomenet med spontan laddningsöverföring har visats tidigare, men endast för enkristaller i laboratorieskala. Ingen har visat något som skulle kunna användas i industriell skala. Polymerer består av stora och stabila molekyler som är lätta att avsätta från lösning, och det är därför de är väl lämpade för storskalig användning som bläck i tryckt elektronik, säger Simone Fabiano.

Polymerer är enkla och relativt billiga material, och är kommersiellt tillgängliga. Inga främmande ämnen läcker ut från den nya polymerblandningen. Den förblir stabil under lång tid och tål höga temperaturer. Dessa egenskaper är viktiga för energiskörd/lagringsenheter såväl som för bärbar elektronik.

"Eftersom de är fria från dopingmedel, de är stabila över tid och kan användas i krävande applikationer. Upptäckten av detta fenomen öppnar helt nya möjligheter för att förbättra prestandan hos lysdioder och solceller. Detta är också fallet för andra termoelektriska applikationer, och inte minst för forskning inom bärbar och kroppsnära elektronik, säger Simone Fabiano.

"Vi har involverat forskare vid Linköpings universitet och Chalmers tekniska högskola, och experter i USA, Tyskland, Japan, och Kina. Det har varit en fantastisk upplevelse att leda detta arbete, vilket är ett stort och viktigt steg på området, " han säger.

Huvudfinansiering för forskningen har kommit från Vetenskapsrådet och Wallenberg Wood Science Center. Det har också bedrivits inom ramen för den strategiska satsningen på avancerade funktionsmaterial, AFM, vid Linköpings universitet.

"I grunden dopning i ledande polymerer, genererar hög elektrisk ledningsförmåga, har hittills endast uppnåtts genom att kombinera ett icke-ledande dopmedel med en ledande polymer. Nu, för första gången, kombinationen av två ledande polymerer ger ett kompositsystem som är mycket stabilt och mycket ledande. Denna upptäckt definierar ett stort nytt kapitel inom området ledande polymerer, och kommer att väcka många nya applikationer och intresse över hela världen, säger professor Magnus Berggren, föreståndare för Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet.