Ett team av forskare från Instituto de Carboquímica vid det spanska nationella forskningsrådet (CSIC) har tagit ett anmärkningsvärt steg framåt i utvecklingen av effektiva och hållbara elektroniska enheter. De har hittat en speciell kombination av två extraordinära nanomaterial som framgångsrikt resulterar i en ny hybridprodukt som kan omvandla ljus till elektricitet, och vice versa, snabbare än konventionella material.
Forskningen är publicerad i tidskriften Chemistry of Materials .
Detta nya material består av en endimensionell ledande polymer som kallas polytiofen, genialiskt integrerad med ett tvådimensionellt derivat av grafen som kallas grafenoxid. De unika egenskaperna som detta hybridmaterial uppvisar lovar otroligt mycket för att förbättra effektiviteten hos optoelektroniska enheter, såsom smarta enheters skärmar och solpaneler, bland annat.
Dr. Wolfgang Maser, den ledande forskaren i projektet, förklarar, "Genom vår syntesstrategi antar polymeren en speciell struktur som vattendispergerbara nanopartiklar, vilket gynnar en intim kontakt med grafenoxidskikten." Denna kontakt leder i sin tur till elektriska beteendemodifieringar inom polymeren, vilket avsevärt ökar dess elektriska effektivitet.
Dr. Ana Benito, co-lead forskare av projektet, och ledande tillsammans med Dr. Maser från Carbon Nanostructures and Nanotechnology group (G-CNN), säger:"Vi var särskilt fascinerade av de fördelaktiga optiska, elektriska och elektrokroma egenskaperna hos polytiofen Medan den genererade elektricitet vid belysning och avgav ljus när den försågs med elektricitet, var den långsam."
"Efter att ha studerat grafenoxid noggrant - ett nanomaterial som härrör från grafen som har unika egenskaper, är vattendispergerbart och lätt att producera - antog teamet att en kombination av de två materialen skulle övervinna polymerens inneboende elektroniska begränsningar", påpekar Dr. Maser .
"Vårt ursprungliga koncept var att modifiera polytiofenen, förvandla den till små nanosfärer som kallas nanopartiklar, som lätt kunde kombineras med grafenoxid. Dessutom tillät denna metod oss att arbeta i vattenhaltiga dispersioner, något extremt utmanande med den här typen av polymerer", betonar vi. Dr Benito.
"Inledningsvis observerade vi inga förändringar i materialets elektroniska egenskaper. Men när vi analyserade det på djupet fann vi att de nya materialen underlättade ovanliga snabba elektrontransportfenomen, så snabbt att vi till en början inte kunde spåra det. med standardteknikerna."
Att samarbeta med forskare från universiteten i Murcia, Cartagena och Zaragoza var nyckeln för att bekräfta relevansen av deras resultat.
Denna banbrytande upptäckt har betydande konsekvenser för en mängd olika tekniska tillämpningar, inklusive tillverkning av smarta flexibla skärmar, bärbara elektroniska enheter eller högeffektivt elektroniskt papper.
Eduardo Colom, huvudförfattaren till artikeln som undersöker hybridmaterialen i sin doktorsexamen. avhandling, förklarar, "Enheter byggda med detta nya material skulle uppvisa överlägsen effektivitet, minskad vikt, ökad flexibilitet och större hållbarhet, allt tack vare användningen av miljövänliga material med enastående elektriska egenskaper."
Dessutom kan detta genombrott också öka effektiviteten hos organiska solceller genom att fånga en större mängd ljus från solen på ett mer effektivt och kostnadseffektivt sätt.
Författarna påpekar vidare, "Vi kanske kan göra mer energieffektiva elektroniska enheter som förbrukar mindre ström samtidigt som de ger snabbare svar. Dessa fynd driver oss mot en framtid baserad på en mer avancerad och hållbar teknik."
Syntesen av detta nya hybridmaterial representerar ett viktigt steg mot hållbarhet, eftersom det är beroende av vatten som lösningsmedel, vilket undviker användningen av giftiga kemikalier som vanligtvis används i nuvarande metoder. Detta har potentialen att minska miljöpåverkan i samband med tillverkning av elektroniska enheter.
Dessutom kan den använda syntesstrategin utvidgas till andra ledande polymerer, och därigenom främja viktiga implikationer i tekniska tillämpningar. Detta fynd representerar en viktig prestation inom hållbar design av nya arkitekturer för högpresterande optoelektroniska enheter.
Teamet av forskare från G-CNN-gruppen har på senare tid fokuserat på att skapa mycket funktionella och hållbara nanomaterial. Dessa mångsidiga nanomaterial kan användas i ett brett spektrum av tillämpningar, allt från generering av ren energi, såsom grönt väte, till katalys, energilagring eller till och med bevarande av arv, (bio)sensorutveckling och sjukdomsbehandling.
Mer information: Eduardo Colom et al, Graphene Oxide:Key to Efficient Charge Extraction and suppression of Polaronic Transport in Hybrids with Poly (3-hexylthiophene) Nanopartiklar, Materialchemistry of Materials (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00008
Journalinformation: Materialens kemi
Tillhandahålls av spanska nationella forskningsrådet
