Logo Polskiego Radia
polskieradio.pl
Przemysław Goławski 15.11.2010

Elastyczna elektronika w rękach Polaków

Cienkie jak papier, zwijane w rulon wyświetlacze i inne urządzenia. Przełom możliwy dzięki elektronice organicznej, której właściwości badają Polacy.
Elastyczny wyświetlaczElastyczny wyświetlaczżr. Flexible Display Center, Arizona State University

Materiały organiczne zmienią oblicze elektroniki. Urządzenia staną się nie tylko tańsze, cieńsze i lżejsze, ale także zyskają cechy niespotykane dotychczas. Wyświetlacze będzie można zwijać w rulon lub wytwarzać z przezroczystych elementów i nanosić bezpośrednio na szyby, na przykład w samochodach. Zanim elastyczna elektronika zdobędzie masowy rynek, należy jednak poznać zasady rządzące powstawaniem cienkich warstw półprzewodników organicznych.

Istotnego postępu dokonała grupa naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk, Politechniki Warszawskiej i Komisariatu do spraw Energetyki Atomowej w Grenoble. - Zbadaliśmy, jak w warstwach zmienia się organizacja cząsteczek w zależności od ich długości. Dzięki temu rozumiemy, dlaczego krótsze cząsteczki łączą się w uporządkowane struktury dwuwymiarowe, a bardzo długie cząsteczki tworzą chaotyczne agregacje. Ten ostatni, niekorzystny efekt potrafimy teraz skutecznie eliminować – mówi prof. Robert Nowakowski z Grupy Badawczej Mikroskopii i Spektroskopii Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

Cząsteczki organiczne mogą przewodzić prąd równie dobrze jak metale. W metalach chmura elektronów może się jednak poruszać w dowolnym kierunku, podczas gdy nośniki prądu w cząsteczkach organicznych przemieszczają się wzdłuż tzw. sprzężonych wiązań podwójnych. Taka organizacja materiałów organicznych sprawia, że przepływ prądu jest ograniczony do ruchu tylko w jednym kierunku. Odpowiedzią może być użycie szczególnego rodzaju związków wielkocząsteczkowych – oligomerów – w których cząsteczki mają naturalną skłonność do samoporządkowania.

/ Badanie samoorganizacji w cienkich warstwach polimerów za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie, źr. IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski.

Naukowcy uważają, że w przyszłości organiczne układy elektroniczne będą zbudowane z uporządkowanych warstw cząsteczek, które zagwarantują dużą ruchliwość nośników prądu. Sprawi to, że nawet w wygiętym urządzeniu elektronicznym prąd popłynie w określonym kierunku. - Chemicy z PW przygotowali nam nowe polimery i oligomery, pochodne tiofenu. Badania strukturalne i mikroskopowe cienkich warstw tych związków wykazały jednak, że są one nieuporządkowane - tłumaczy prof. Nowakowski. By dowiedzieć się dlaczego tak się dzieje, naukowcy z IChF PAN opracowali unikatową metodę rozdziału mieszaniny po polimeryzacji na frakcje cząsteczek o tej samej długości. Wykorzystano w tym celu chromatografię cieczową i cienkowarstwową. Z tak otrzymanych frakcji wytwarzano następnie na podkładzie grafitowym warstwy grubości jednej cząsteczki i badano je skaningowym mikroskopem tunelowym. - Przyczyną chaosu w warstwach okazał się fakt, że wytwarza się je z mieszaniny makrocząsteczek o różnych długościach, z których każda dąży do innego typu uporządkowania – mówi Tomasz Jaroch z IChF PAN.

Uporządkowanie cząsteczek w warstwie jest konsekwencją ich budowy. Nawet niewielka zmiana w budowie meru (elementu, który powielany tworzy łańcuch polimeru lub oligomeru) może wpłynąć na przebieg samoorganizacji. Naukowcy zsyntetyzowali więc badany związek w nieco inny sposób. Zmniejszenie odległości między grupami węglowodorów zmieniło oddziaływania międzycząsteczkowe. W tak zsyntetyzowanych związkach nie zaobserwowano niekorzystnych efektów w samoorganizacji: cząsteczki różnej długości tworzyły uporządkowane dwuwymiarowe wyspy. Naukowcy z IChF PAN potwierdzili też eksperymentalnie, że możliwe jest przesunięcie pojedynczego oligomeru wewnątrz całej warstwy.

Wyniki badań mają istotne znaczenie praktyczne, ponieważ pozwalają przewidywać zachowanie oligomerów i polimerów ułożonych w warstwach. Polakom udało się stworzyć związek, w którym uporządkowane cząsteczki mają bardzo korzystne właściwości półprzewodnikowe. Droga do wytwarzania elektroniki organicznej stoi przed nami otworem.

Pg, mat. IChF PAN