Сегодня нефтехимические соединения и редкие металлы, такие как платина и иридий, используются для производства полупроводников для оптоэлектроники, таких как органические светодиоды для сверхтонких телевизоров и экранов мобильных телефонов. Физики из Университета Умео в сотрудничестве с исследователями из Дании и Китая обнаружили более устойчивую альтернативу. Приготовив под давлением листья березы, собранные в кампусе Университета Умео, они получили наноразмерные частицы углерода с желаемыми оптическими свойствами.
«Суть нашего исследования заключается в использовании близлежащих возобновляемых ресурсов для производства органических полупроводниковых материалов», — говорит Цзя Ван, научный сотрудник факультета физики Университета Умео и один из авторов исследования, опубликованного в журнале Green Chemistry.
Органические полупроводники являются важными функциональными материалами в оптоэлектронике. Одним из применений являются органические светодиоды, OLED, используемые в ультратонких и ярких экранах телевизоров и мобильных телефонов. Резко растущий спрос на эту передовую технологию стимулирует массовое производство органических полупроводниковых материалов.
К сожалению, в настоящее время эти полупроводники производятся в основном из нефтехимических соединений и редких элементов, получаемых в результате экологически вредной добычи полезных ископаемых. Более того, эти материалы часто содержат так называемое «критическое сырье», которого не хватает, например, платину, индий и фосфор.
С точки зрения устойчивого развития было бы идеально, если бы мы могли использовать биомассу растений, животных и отходов для производства органических полупроводниковых материалов. Эти исходные материалы возобновляемы и широко доступны. Научный сотрудник Цзя Ван и ее коллеги с факультета физики вместе с международными партнерами преуспели в производстве такого полупроводникового материала на биологической основе.
Березовые листья в скороварке
Процесс синтеза прост: они собрали листья березы в кампусе Умео и приготовили их в скороварке . В результате образовались « углеродные точки» размером около двух нанометров, которые при растворении в этаноле излучают узкополосный темно-красный свет. Некоторые оптические свойства этих углеродных точек из листьев березы сравнимы с коммерческими квантовыми точками, которые в настоящее время используются в полупроводниковых материалах, но в отличие от них они не содержат тяжелых металлов или критически важного сырья.
«Важно отметить, что наш метод не ограничивается листьями березы», — объясняет Цзя Ван. «Мы протестировали листья разных растений с помощью одного и того же метода приготовления под давлением, и все они дали одинаковые углеродные точки, излучающие красный свет. Такая универсальность предполагает, что процесс трансформации можно использовать в разных местах».
Используя углеродные точки в светоизлучающем электрохимическом элементе, исследователи смогли показать, что создаваемая яркость составляла 100 кд/м 2 , что сравнимо с интенсивностью света от экрана компьютера.
«Этот результат показывает, что возможен переход от истощения нефтяных соединений к регенерации биомассы в качестве сырья для органических полупроводников», — говорит Цзя Ван.
Она подчеркивает более широкий потенциал углеродных точек, выходящий за рамки просто светоизлучающих устройств.
«Углеродные точки перспективны в различных приложениях, от биовизуализации и зондирования до борьбы с подделками. Мы открыты для сотрудничества и стремимся изучить более интересные варианты использования этих излучающих и устойчивых углеродных точек», — говорит Цзя Ван.
