Forskare från Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST) och Institute for Problems of Chemical Physics vid Russian Academy of Sciences har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att förbereda tunna halvledarfullerenfilmer. Metoden möjliggör tillverkning av organisk elektronik utan att använda giftiga organiska lösningsmedel och kostsamma vakuumtekniker, på så sätt minskar miljöriskerna och gör organisk elektronik mer tillgänglig. Resultaten av deras studie publicerades i Journal of Materials Chemistry C .

Organisk elektronik ger tillverkare unika möjligheter som är otänkbara i andra tekniker. Den lätta vikten, flexibilitet och låga kostnader för organiska halvledare tillsammans med deras skräddarsydda egenskaper öppnar stora möjligheter för att designa billiga och effektiva enheter för internet of things (IoT) teknologi, hälsoövervakning i realtid, livsmedelskvalitetskontroll och många andra applikationer.

Dock, det finns flera hinder för storskalig kommersiell användning av organiska halvledare, i synnerhet miljöriskerna förknippade med massproduktion av organisk halvledarelektronik med användning av beläggnings- och trycktekniker med en stor mängd miljöfarliga, giftiga organiska lösningsmedelsångor som släpps ut i atmosfären. Vakuummetoderna är miljövänliga men mycket energikrävande, vilket resulterar i mycket högre produktionskostnader och större utsläpp av CO ₂ och andra växthusgaser vid energiproduktion. Ersätter giftiga organiska föreningar, som kloroform, toluen eller 1, 2-diklorbensen, med säkra lösningsmedel som vatten eller alkoholer kan vara ett stort genombrott.

En unik form av kol, fulleren C60, representeras av molekyler som till formen liknar en fotboll och har en mängd anmärkningsvärda egenskaper, i synnerhet är bra halvledare av n-typ. Dock, som många andra halvledare, det är mestadels lösligt i giftiga (och ofta klorerade) organiska lösningsmedel.

tidigare, en forskargrupp ledd av Skoltech-professorn Pavel Troshin visade att svavelhaltiga fullerenderivat sönderdelas när de värms upp något, producerar initial fulleren. I deras senaste arbete, forskarna utnyttjade denna egenskap för att få tunna fullerenfilmer från vattenlösningar.

"Målet med vår studie var att utveckla en metod för att belägga tunna filmer av fulleren från vatten- eller alkohollösningar. Av särskilt intresse i detta sammanhang är svavelhaltiga fullerenderivat med jonogena (amin- eller karboxylgrupper) som är lättlösliga i vatten. Detta innebär att man kan använda vattenlösningar av dessa prekursorföreningar som "elektroniskt bläck" och applicera dem på ett substrat med hjälp av befintliga tryck- och beläggningstekniker för att erhålla filmer som bara behöver glödgas för att få fulleren-halvledarfilmer av hög kvalitet, " förklarar den första författaren till tidningen och Skoltech doktorand, Artyom Novikov.

Fulleren-halvledarfilmerna erhållna från en vattenlöslig prekursorförening användes för att tillverka organiska fälteffekttransistorer med hög laddningsbärares rörlighet och gassensorer som kan detektera analyt (ammoniak) i koncentrationer på mindre än 1 ppm.

Resultaten som erhållits i denna studie visar den stora potentialen hos vattenlösliga prekursorföreningar för miljövänlig produktion av organisk elektronik.