​Группа учёных из Новосибирского государственного университета, Новосибирского института органической химии (НИОХ), МГУ и Университета Гронингена (Нидерланды) опубликовала результаты мультидисциплинарного исследования в сфере органической электроники. 

Специалисты первыми в мире вырастили создают из раствора монокристаллы фуран-фениленовых со-олигомеров, обладающие полупроводниковым и люминесцентным свойствами, и выяснили, что квантовый выход фотолюминесценции для них составляет более 65%. В перспективе подобные соединения могут использоваться для производства органических светоизлучающих транзисторов и гибких электронных устройств.
 
В исследовании приняли участие специалисты из Группы органических материалов для электроники (ГРОМ) Новосибирского института органической химии, лаборатории органической оптоэлектроники Новосибирского государственного университета (САЕ «Низкоразмерные гибридные материалы»), Института физики полупроводников (ИФП) СО РАН, Международного лазерного центра МГУ, Университета Гронингена (Нидерланды).

Учёные получили органический полупроводниковый материал на основе фуран-фениленового со-олигомера с квантовым выходом фотолюминесценции более 65%, который может использоваться для создания органических светоизлучающих транзисторов и гибких электронных устройств. Статья Highly-Emissive Solution-Grown Furan/Phenylene Co-Oligomer Single Crystals опубликована в сентябрьском номере журнала RSC Advances  (IF=3,289).
 
Как рассказывает первый автор статьи, сотрудник лаборатории химии свободных радикалов НГУ, сотрудник ГРОМ НИОХ СО РАН Максим Казанцев, органические полупроводниковые материалы имеют по сравнению с кристаллическим кремнием (самым распространённым неорганическим полупроводником, используемым в электронике) ряд преимуществ, среди которых — лёгкость, вариативность свойств, гибкость, полупрозрачность и недорогое производство:
 
— Мы стремимся упростить процесс изготовления устройств. Неорганические полупроводники производятся с применением сложных технологий, которые требуют высоких температур, вакуума. Органические же материалы можно наносить более дешёвыми и простыми способами, например, напечатать полупроводниковый слой на принтере, напылить или использовать различные процессы самосборки. Уникальные свойства материалов могут способствовать созданию новых устройств, например гибкого дисплея, который можно сложить или свернуть в трубочку и положить в карман. Это бы значительно упростило жизнь в некоторых случаях.
 
Группа учёных из НИОХ и НГУ занимается в настоящее время органическими материалами, которые являются не только хорошими полупроводниками, но и имеют интересные оптические свойства, например, могут излучать свет. В мире уже существует ряд органических материалов, сочетающих в себе полупроводниковые и светоизлучающие свойства, среди них, например, кристаллы тиофен-фениленовых со-олигомеров и производные олигофениленвиниленов и др. Новосибирские учёные синтезируют и исследуют фуран-фениленовые со-олигомеры.
 
По словам Максима Казанцева, задача совместить полупроводниковые и светоизлучающие свойства — достаточно нетривиальная:
 
— Для высокой подвижности зарядов в полупроводнике необходима достаточно плотная и близкая упаковка молекул, а это чаще всего приводит к тушению люминесценции, из-за чего квантовый выход падает. Величина квантового выхода характеризует отношение среднего числа излучённых квантов к числу поглощённых
 
В статье речь идет об олигомере бис-фенилфуранбензол (BPFB). Специалисты синтезировали соединение с более компактными и жесткими фурановыми фрагментами, вырастили кристаллы, исследовали полупроводниковые и оптические свойства, и выяснили, что материал на основе полученного соединения обладает существенно большей растворимостью и имеет высокий квантовый выход фотолюминесценции — 65% по сравнению с 35% у тиофенового аналога.
 
Несмотря на то, что использовался достаточно простой и дешёвый способ роста кристаллов, это одно из рекордных значений для подобных материалов, сопоставимое с параметрами аналогичных кристаллов выращенных более «чистым» методом физического парового транспорта, отмечает автор.
 
Органические светоизлучающие полупроводники используются в качестве активных слоёв светоизлучающих транзисторов:
 
— В дисплеях каждый пиксель представляет собой светодиод, который управляется одним транзистором. Мы можем объединить в одном устройстве функции как управления, так и излучения света. Кроме того, такие устройства по сравнению с обычными светодиодами более энергоэффективны, и в перспективе могут использоваться для создания органических лазеров с электрической накачкой, — объясняет Максим Казанцев.
 
Другой автор статьи, руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ и ГРОМ Евгений Мостович подчёркивает, что совместная междисциплинарная научная группа НИОХ и Новосибирского государственного университета — одна из немногих в России, занимающаяся органической электроникой и способная полностью пройти путь «идея молекулы — готовое устройство»:
 
— У нас есть специалисты из различных областей, которые занимаются квантово-химическими расчетами, моделируя молекулы и их свойства, органическим синтезом предложенных молекул, исследованием свойств полученных соединений, и, конечно, изготовлением и исследованием устройств органической электроники. Мы полностью закрываем этот цикл.
 
Следующими этапами работы станет сохранение и улучшение свойств полученных органических полупроводниковых кристаллов, а также исследование влияние структуры новых молекул на свойства получаемых полупроводниковых материалов.
 
Исследовательская работа проводится при поддержке со стороны руководства НИОХ СО РАН, НГУ, Российского фонда фундаментальных исследований и Фонда Бортника.
 
Анастасия Аникина

Источники

Новосибирские учёные создают органические светоизлучающие полупроводники
НГУ (nsu.ru), 05/10/2016
Сибирские ученые сделают дисплеи органическими
Правда.ру (pravda.ru), 05/10/2016
Новосибирские ученые разработали самый эффективный материал для гибких дисплеев
Wi-fi.ru, 05/10/2016
Сибирские ученые разработали материал для создания гибких дисплеев
РИА Новости, 05/10/2016
Сибирские ученые создали органический материал для гибких дисплеев
RuNews24 (runews24.ru), 05/10/2016
В России придумали новый материал для гибких дисплеев
Экономика сегодня (rueconomics.ru), 05/10/2016
Новосибирские химики создалии самый эффективный материал для гибких дисплеев
Завтра (zavtra.ru), 05/10/2016
Сибирские ученые разработали материал для создания гибких дисплеев
24 СМИ (24smi.org), 05/10/2016
Химики из РФ и Нидерландов разработали дешевый материал для сверхгибкого дисплея
Наука и технологии России (strf.ru), 05/10/2016
Сибирские ученые разработали материал для создания гибких дисплеев
РИА Новости , 05/10/2016
Новосибирские ученые разработали самый эффективный материал для гибких дисплеев
Lenta.co, 05/10/2016
Новосибирские ученые разработали самый эффективный материал для гибких дисплеев
Новости@Mail.ru, 05/10/2016
Новосибирцы разработали самый эффективный материал для дисплеев
Sibnet.ru, 05/10/2016
Ученые НГУ "вырастили" материал для гибких дисплеев
Официальный сайт г. Новосибирск (nsknews.info), 07/10/2016
Новосибирцы создали материал для "гнущихся" дисплеев
Аргументы и Факты (nsk.aif.ru), 08/10/2016
Ученые из РФ и Нидерландов вырастили кристаллы, которые проводят ток и излучают свет
ТАСС, 07/10/2016

Похожие новости

  • 02/01/2019

    Созданы катализаторы для сжигания продуктов газификации твердого топлива

    ​Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое.
    836
  • 10/04/2019

    Российские ученые нашли лучший катализатор для добычи энергии из отходов

    Российские ученые определили состав катализатора, наиболее эффективно ускоряющего процесс экологически чистого получения энергии из отходов, результаты работы, которые могут найти практическое применение в промышленности, опубликованы в престижном международном журнале Catalysis Letters.
    732
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    1008
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    813
  • 22/07/2017

    Российские ученые установили, что тип галактики зависит от массы черной дыры

    Созданная астрономами модель объяснила, как черные дыры массой в несколько тысяч раз больше массы Солнца могут существовать в центрах шаровых звездных скоплений. Исследование научной группы из Новосибирского государственного университета и Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
    1399
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    1008
  • 28/02/2018

    Европейский Центр Синхротронных Исследований включил работу профессора Елены Болдыревой в число лучших по итогам 2017 года

    ​Профессор НГУ Елена Болдырева возглавила международную группу по исследованиям механохимического синтеза с использованием синхротронного излучения in situ в режиме реального времени – исследование отмечено как одно из лучших достижений Европейского Центра Синхротронных Исследований в Гренобле за 2017 год.
    1441
  • 10/05/2016

    В горах Тянь-Шаня геологи нашли древние «Гавайи»

    ​Международный коллектив ученых под руководством новосибирского геолога Инны Сафоновой обнаружил фрагменты древних океанических островов в горах Тянь-Шаня и оценил размеры исчезнувшего океана. Ученые считают, что по своей природе палеострова близки к современным Гавайским.
    2477
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1524
  • 21/03/2017

    Новосибирские химики провели исследование фотомеханического эффекта в Европейском центре синхротронного излучения ESRF

    Химики НГУ провели новые эксперименты в Европейском центре синхротронного излучения ESRF (Гренобль, Франция). Они изучили влияние гидростатического сжатия в алмазных наковальнях на химические реакции в кристаллах, сопровождающиеся фотомеханическим эффектом.
    2076