AMOLF-forskarna Lukas Helmbrecht och Wim Noorduin har utvecklat ett reaktivt bläck som kan målas på en lika reaktiv duk. Bläcket reagerar med materialet på duken för att bli en halvledare som avger färgat ljus, en väsentlig del av elektroniska komponenter såsom lysdioder. Följaktligen, ett nytt sätt att tillverka dessa elektroniska komponenter är nu inom räckhåll. Resultaten av forskningen, ett samarbete mellan AMOLF-grupperna Self-Organizing Matter och Hybrid Solar Cells, publiceras denna vecka i tidskriften Avancerade material .

Föreställ dig att du kan måla en duk genom att få själva duken att ändras till en annan färg istället för att pensla färg på den. Det är vad Lukas Helmbrecht och hans kollegor gör med den nya jonbyteslitografitekniken. I denna teknik, "bläcket" reagerar med "duken" med hjälp av jonbyte. Helmbrecht satte sina pengar där hans mun är och använde denna teknik för att airbrusha en bild av Madame Curie. "Jag tycker att det är fascinerande att se:den gröna bilden bildas så fort du börjar spraya, trots att både bläcket och duken är färglösa."

Färgglad teknik

Forskningen kretsar kring att producera perovskit, ett nytt och mycket lovande halvledarmaterial som används för att producera föremål som lysdioder och solceller. Helmbrecht och hans kollegor hittade ett sätt att omvandla ett lager av blykarbonat (duken) till en perovskit, helt enkelt genom att "måla" på den med en lösning av metylammoniumbromid. Den senare genomgår en kemisk reaktion med blykarbonatet för att bilda en grönemitterande perovskit. Genom att använda en lösning av ett annat ämne som bläck kan du måla en blå- eller rödavgivande perovskit bredvid denna, eller för att airbrusha eller skriva ut ett mönster.

Ett brett utbud av variationer i sammansättningen av perovskiterna är möjligt genom att välja olika bläck. Mönstren kan skapas mycket noggrant:bläckdroppar bara några mikrometer stora ger också prickar bara några mikrometer stora. Det betyder att bläcket inte rinner. "Utmaningen med denna forskning var att utveckla den kemiska reaktionen och förhållandena:mängden bläck, trycket, och dukens egenskaper. Ingen av dessa var känd, och processen fungerar inte om de inte är helt rätt, säger Helmbrecht.

Allt i ett lager

Jag tänker på jämförelsen med andra tekniker för att applicera lager av perovskiter på en bärare. Men denna teknik är fundamentalt annorlunda, förklarar Helmbrecht. "Alla traditionella tekniker resulterar i olika lager av perovskit bredvid varandra eller ovanpå varandra. Vår metod resulterar i ett enda lager som består av olika typer av perovskit." Dessutom, perovskiter är vanligtvis ganska känsliga för de behandlingar som används i traditionella metoder, såsom etsning eller sköljning. Dessa kan skada perovskiten. Med jonbytarlitografi, dessa behandlingar behövs inte längre.

"I princip, detta är en mycket enklare metod för att applicera ett mönster av olika perovskithalvledare bredvid varandra på ett chip eller LED, " säger Helmbrecht. Renrum eller andra speciella förhållanden krävs inte längre. Forskarna har visat användbarheten av jonbytarlitografi genom att använda tekniken för att producera en fungerande lysdiod. "Det har bevisat principen." Olika grupper inom AMOLF kommer att börja använda detta teknik för att skapa andra applikationer.