Forskare tar fram gröna halvledare, på riktigt
Organiska halvledare är ett av de viktigaste funktionella materialen i optoelektroniska tillämpningar. Genom att tryckkoka björklöv från Umeå universitets campus, har fysiker från universitet lyckats ta fram kolbaserade partiklar i nanostorlek med rätt optiska egenskaper.
För att tillverka halvledare till optoelektroniska tillämpningar, till exempel OLEDs för supertunna tv- och mobiltelefonskärmar, används i dag oftast petrokemiska föreningar och sällsynta metaller som platina och iridium. Fysiker vid Umeå universitet, tillsammans med med forskare i Danmark och Kina, har därför utvecklat ett mer hållbart alternativ. Med hjälp av björklöv, som sedan tryckkokas, har man tagit fram kolbaserade partiklar med rätt optiska egenskaper i nanostorlek.
– Kärnan i vår forskning är att utnyttja närliggande förnybara resurser för organiska halvledarmaterial, säger Jia Wang, forskare vid Institutionen för fysik, Umeå och universitet, och en av författarna bakom studien, i ett pressmeddelande.
Organiska halvledare är som sagt ett av de viktigaste funktionella materialen när det kommer till optoelektroniska tillämpningar. Ett vanligt exempel är i organiska lysdioder, OLED, som de flesta av oss fått bekanta oss med via tv- och mobiltelefonskärmar.
En kraftigt ökande efterfrågan på denna teknik driver på en massiv produktion av organiska halvledarmaterial. Dessvärre framställs dessa halvledare i dag främst av petrokemiska föreningar och sällsynta grundämnen, som tagits fram genom miljöskadlig gruvdrift. Dessutom innehåller dessa halvledare ofta så kallade ”kritiska råvaror” som det råder brist på, till exempel platina, indium och fosfor.
Som påpekas av forskarna skulle det, ur hållbarhetssynpunkt, vara bättre om man kunde använda biomassa från växter, djur och avfall för att framställa organiska halvledarmaterial. Detta är råmaterial som är förnybara och som det dessutom finns riklig tillgång på. Forskaren Jia Wang och hennes medarbetare vid Institutionen för fysik har tillsammans med internationella samarbetspartners lyckats framställa ett sådant biobaserat halvledarmaterial.
Tillverkningsprocessen beskrivs som enkel. Forskarna plockade helt enkelt björklöv på campusområdet i Umeå och kokade dem i en tryckkokare. Detta resulterade i något man kallar ”kolprickar” som är cirka två nanometer stora, och som avger ett djuprött ljus när de löses upp i etanol. Man menar även att några av de optiska egenskaperna hos dessa kolprickar, tillverkade från björklöv, är jämförbara med kommersiella kvantprickar som i används dag. Men till skillnad från dessa innehåller kolprickarna inga tungmetaller eller kritiska råmaterial.
– Det är viktigt att notera att vår metod inte är begränsad till björklöv. Vi testade olika växtblad med samma
tryckkokningsmetod, och alla gav upphov till liknande rödemitterande kolprickar. Denna mångsidighet tyder på att omvandlingsprocessen kan användas på olika platser med olika tillgång på råmaterial, förklarar Jia Wang.
Genom att använda kolprickarna i en ljusemitterande elektrokemisk cell, LEC, kunde forskarna visa att ljusstyrkan som genererades var 100 cd/m2, vilket är jämförbart med ljusintensiteten från en datorskärm.
– Detta resultat visar att det är möjligt att övergå från fossila petroleumföreningar till förnybar biomassa som råmaterial för organiska halvledare, säger Jia Wang.
Samtidigt menar hon att den bredare potentialen hos kolprickar ligger bortom enbart ljusemitterande enheter.
