Onze smartphones, tablets, computers en biosensoren allemaal verbeterd door de snelle toename van de halfgeleider. Sinds het begin van de 21e eeuw, organisch of op koolstof gebaseerde, zijn halfgeleiders ontwikkeld tot een van de belangrijkste aandachtsgebieden voor wetenschappers omdat ze goedkoop, overvloedig en licht, en kan stroom geleiden op een wijze vergelijkbaar met anorganische halfgeleiders, die van metaal-oxide of silicium.

Nu, materialen wetenschappers uit Californië NanoSystems UCLA hebben een manier ontdekt om organische halfgeleiders krachtiger en efficiënter te maken.



Hun innovatie was de oprichting van een betere structuur voor een type organische halfgeleiders, een element van een geleidend polymeer genaamd tetraaniline. Wetenschappers hebben aangetoond voor de eerste keer dat de kristallen konden tetraaniline verticaal worden gekweekt.

Het voorschot kan leiden tot een sterk verbeterde technologie om zonne-energie op te vangen. In feite zou het letterlijk herschrijven de zonnecellen.

Zonne-antennes

Wetenschappers zou kunnen creëren "antennes licht" dun, polo-achtige apparaten die licht zouden kunnen absorberen uit alle richtingen, wat een verbetering zou zijn, platte panelen brede vandaag in staat om alleen het licht absorberen van een oppervlak.

De studie, uitgevoerd door Richard Kaner, een vooraanstaande professor in de chemie en biochemie en Materials Science and Engineering, werd onlangs online gepubliceerd door het tijdschrift ACS Nano.

De UCLA team groeide kristallen tetraaniline verticaal van een substraat, zodat de kristallen stond als pieken in plaats van liegen als ze doen als geproduceerd met de huidige technieken.

Zij produceerden de kristallen in een oplossing met een substraat gemaakt van grafeen, een nanomateriaal grafiet verbinding die zeer dun meten van de dikte van één atoom. Wetenschappers hadden al gegroeid kristallen verticaal anorganische halfgeleidende materialen, zoals silicium, maar doe het in organische materialen is moeilijker geweest.

Tetraaniline

Tetraaniline een gewenst materiaal voor halfgeleiders voor het specifieke elektrische eigenschappen en chemische eigenschappen, die worden bepaald door de oriëntatie van zeer kleine kristallen die het bevat.

Apparaten zoals zonnecellen en

"Deze kristallen zijn vergelijkbaar met een tafel bedekt met potloden verspreid in een potlood cup te regelen," zei Yue "Jessica" Wang, een voormalige doctoraal student aan de UCLA die nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Stanford University en was de eerste auteur van de studie. "De verticale oriëntatie kan een groot deel van de ruimte te besparen, en dat kan betekenen kleiner, efficiënter persoonlijke elektronica in de nabije toekomst."

Zodra Kaner en zijn collega's vonden dat de oplossing groeien kristallen tetraaniline verticaal kunnen trekken, hebben ze een eenstaps werkwijze voor het kweken sterk geordende kristallen verticaal uitgelijnd met een verscheidenheid van organische halfgeleiders gebruiken hetzelfde substraat grafeen ontwikkeld.

"De sleutel was om de interacties tussen organische halfgeleiders en grafeen ontcijferen in oplosmiddelen van verschillende omgevingen," zei Wang. "Zodra we begrijpen dit complex mechanisme, groeiende biologische kristallen verticale geworden eenvoudig."

Kaner aldus de onderzoekers ontdekten ook een ander voordeel van het grafeen substraat.

"Deze techniek stelt ons in staat om het model kristallen waar we willen," zei hij. "Je zou kunnen elektronische apparaten, zoals halfgeleiders kristallen te maken en te groeien in hun eigen ingewikkelde patronen die nodig zijn voor het apparaat dat u wilt, zoals dunne film transistoren of light-emitting diodes."

Wang Yue, Jaime A. Torres, Adam Z. Stieg, Jiang Shan, Michael T. Yeung, Yves Rubin, Santanu Chaudhuri, Xiangfeng Duan en Richard B. Kaner
Grafeen Assisted Growth Oplossing van verticaal georiënteerde single crystal organische halfgeleider
ACS Nano artikel ASAP