A través de innovaciones en el proceso de impresión, los investigadores han realizado importantes mejoras en la electrónica orgánica, una tecnología en la demanda de células ligeras y de bajo costo solares, pantallas electrónicas flexibles y sensores diminutos. El método de impresión es rápido y funciona con una variedad de materiales orgánicos para producir semiconductores de sorprendentemente mayor calidad que lo que hasta ahora se ha logrado con métodos similares.
La electrónica orgánica tienen una gran promesa para una variedad de aplicaciones, pero incluso las películas de la más alta calidad disponibles hoy en día están a la altura en lo bien que conducen la corriente eléctrica.El equipo del Departamento de Laboratorio del Acelerador Nacional de Energía (DOE) SLAC EE.UU. y la Universidad de Stanford, han desarrollado un proceso de impresión que ellos llaman FLUENCIA-líquido-mejorada de cristal de ingeniería-que para algunos materiales resultados en películas delgadas capaces de conducir electricidad 10 veces más eficiente que los los creados usando métodos convencionales.
"Mejor aún, la mayoría de los conceptos que hay detrás FLUENCIA puede escalar para satisfacer las necesidades de la industria", dijo Ying Diao, un investigador postdoctoral SLAC / Stanford y autor principal del estudio, publicado hoy en Nature Materials.
Stefan Mannsfeld, un material SLAC físico y uno de los investigadores principales del experimento, dijo que la clave es centrarse en la física del proceso de impresión en lugar de la composición química de los semiconductores. Diao diseñado el proceso para producir tiras de grandes cristales perfectamente alineadas que la carga eléctrica puede fluir a través de facilidad, preservando al mismo tiempo las ventajas de la estructura de "celosía tensa" y "corte solución" técnica de impresión desarrollado previamente en el laboratorio del investigador co-principal del Mannsfeld , Profesor Zhenan Bao del Instituto Stanford de Materiales y Ciencias de la Energía, un instituto conjunto SLAC, Stanford.
Para realizar el avance, Diao se centró en controlar el flujo de líquido en el que se disuelve el material orgánico. "Es una pieza vital del rompecabezas", dijo. Si el flujo de la tinta no se distribuye de manera uniforme, como es a menudo el caso durante la impresión rápida, los cristales semiconductores serán plagado de defectos. "Pero en este campo se hay poca investigación en el control de flujo de fluido."
Diao diseñado una hoja de impresión con pequeños pilares embebidos en ella que se mezclan la tinta de manera que se forme una película uniforme. También diseñó una forma de evitar otro problema: la tendencia de los cristales para formar al azar a través del sustrato. Una serie de patrones químicos inteligentemente diseñado sobre el sustrato suprimir la formación de cristales de rebeldes que de otro modo crecer fuera de la alineación con la dirección de impresión. El resultado es una película de cristales grandes y bien alineados.
Estudios de rayos X de los semiconductores orgánicos del grupo en el Stanford Synchrotron Radiation luminosa (SSRL) les permitió inspeccionar su progreso y continúan haciendo mejoras, con el tiempo mostrando cristales bien ordenados, al menos, 10 veces más que los cristales creados con otras técnicas basadas en soluciones, y de mucho mayor perfección estructural.
El grupo también repitió el experimento usando un segundo material semiconductor orgánico con una estructura molecular significativamente diferente, y de nuevo se vio una mejora notable en la calidad de la película. Ellos creen que esto es una señal de las técnicas que funcionan a través de una variedad de materiales.
Investigadores Principales Bao y Mannsfeld dicen que el siguiente paso para el grupo está poniendo por la relación subyacente entre el material y el proceso que permitió ese resultado estelar. Tal descubrimiento podría proporcionar un nivel sin precedentes de control sobre las propiedades electrónicas de películas impresos, los optimiza para los dispositivos que se van a utilizar.
"Eso podría llevar a un avance revolucionario en la electrónica orgánica",dijo Bao. "Hemos estado haciendo un excelente progreso, pero creo que sólo estamos arañando la superficie".
Otros coautores del estudio incluyen a investigadores de los departamentos de la Universidad de Stanford de la química y la ingeniería química y eléctrica y la Universidad de Nanjing. La investigación fue apoyada por el Laboratorio de Desarrollo Dirigido programa de investigación y de SLAC. SSRL es un centro nacional de usuarios operado por la Universidad de Stanford, en nombre de la Oficina de Ciencia del DOE.
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