Представьте, ноутбук весом в сто грамм, смартфон или планшет, которые л​​егко сворачивается в трубочку, и солнечные батареи, вшитые в ткань куртки или пальто, позволяющие это все заряжать. Фантастика? Нет - одно из направлений развития высоких технологий, получившее название "органической электроники".

Этому направлению, которое достаточно бурно развивается в последнее десятилетие, была посвящена очередная публичная лекция в Институте цитологии и генетики - в этот раз прочитанная к.х.н. Евгением Мостовичем (НИОХ им. Н.Н. Ворожцова СО РАН).

Для начала - определимся с тем, что такое собственно органическая электроника. Она основана на органических полупроводниковых материалах. И главное ее преимущество в том, что ее можно просто распечатывать из раствора, тогда как электроника, основанная на неорганических материалах (кремний и т.п.), обычно требует при производстве высоких температур и вакуума. Еще одна важная характеристика - то, работа многих подобных устройств основана на использовании солнечной энергии.

Полимеры, которые используются в органической электронике, должны обладать полупроводниковыми свойствами (современная химия научилась синтезировать такие материалы). Их обычно называют пи-сопряженными полимерами, так как в них есть система пи-сопряженных связей: пи-электронные оболочки соседних молекул перекрываются, и электрон может путешествовать от одной молекулы к другой, чем и обеспечивается проводимость.

Кстати, за открытие нового класса органических проводников/полупроводников - пи-сопряженных полимеров, в 2000 г. была присуждена Нобелевская премия А. Хигеру, А. Мак-Диармиду и Х. Ширакава.

В настоящее время сложилось три основных направления, в которых органическая электроника получила применение - это органические светодиоды, солнечные батареи и органические транзисторы. Органические светодиоды (их еще называют OLED-технологией) - полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, излучающих свет при прохождении через них электрического тока. В основном их применяют при производстве различных дисплеев - такие экраны отличает высокая контрастность и яркость изображения. А еще они имеют меньшие габариты (и соответственно - массу), а также позволяют просматривать изображение под любым углом без потери качества. Но есть у таких "дисплеев и "слабые места": относительно небольшой срок службы и высокая себестоимость изготовления матриц больших размеров. Но, как отмечают ученые, оба эти недостатка вызваны скорее новизной технологии и будут устранены уже в ближайшем будущем.

А значит, OLED-технологию можно будет использовать и для освещения. Сегодня на эти цели приходится (по подсчетам экспертов) до 19 % мирового потребления энергии. И учитывая, что органические светодиоды по своей энергоэффективности находятся в числе лидеров - вытеснение с их помощью тех же ламп накаливания даст человечеству заметную экономию энергии. Дополнительным бонусом станет то, что лампы, изготовленные по OLED-технологии, не загрязняют окружающую среду и могут быть гибкими.

Органические (полимерные) солнечные батареи ведут свою историю с 1992 года, когда впервые были опубликованы данные о переносе заряда с полупроводникового полимера на акцептор. Но до сих пор они являются скорее объектом исследования, нежели рыночным продуктом. Причина кроется в низком КПД: энергетический выход едва достигает одной четверти обычных кремниевых солнечных батарей. Другая, нерешенная пока проблема - относительно короткий срок работы из-за воздействия окружающей среды. Но есть у таких батарей и свои достоинства - они недороги в производстве, гибки, оказывают незначительное влияние на окружающую среду. В общем, ситуация схожа с OLED-технологией: большая часть проблем является обычными "болезнями роста". 

Другое дело, что развитие этого направления тормозится еще и конкуренцией со стороны производителей кремниевых солнечных батарей. В частности, использующими то, что развитая компьютерная индустрия ориентируется на кремниевую электронику. 

Но и тут все, как говорится, неоднозначно. Потому что помимо традиционных кремниевых, в последнее время набирают популярность - органические транзисторы. Сегодня они являются объектом ряда международных исследовательских программ и потенциально могут иметь широкое коммерческое применение. Опять же в силу характерных для всей органической электроники преимуществ: они стоят дешевле, многие процессы их изготовления выполняются при комнатных температурах, а используемая технология становится все проще. Так, в настоящее время разрабатывается технология производства транзисторов на основе коллоидных нанокристаллических растворов при помощи печати на 3D-принтере. А распространение такой технологии, в свою очередь, открывает новые возможности в создании портативных, носимых электронных устройств. 

И уже сегодня появляются достаточно оригинальные прогнозы использования органической электроники в будущем. Такие, как проект "умной упаковки" молока, которая будет сообщать потребителю информацию о содержимом: насколько оно свежее, какие бактерии и в каких количествах содержит и т.п.

Конечно, перед тем, как такие прогнозы воплотятся в жизнь, ученым предстоит решить еще немало задач. Например, найти равноценную замену редкоземельному иридию (который сегодня содержится в значительной доле органических электронных устройств), разработать защитные покрытия, продлевающие срок службы подобных устройств и т.п. Но, как показывает практика, в случае с перспективными технологиями (а органическая электроника к таковым, безусловно, относится) все эти проблемы становятся решаемыми, причем, решаемыми в разумные сроки. И вполне возможно, что уже для нынешних поколений "умный пакет молока" превратится из футуристической картинки в очередной элемент обыденности. 

Наталья Тимакова

Источники

Органическая электроника - сегодня и завтра
Академгородок (academcity.org), 29/09/2017

Похожие новости

  • 31/03/2017

    Академик Николай Колчанов рассказал о развитии Селекционного центра

    30 марта на территории новосибирского Академпарка прошло очередное заседание членов Совета «Сибирской биотехнологической инициативы» (СБИ). СБИ – это программа, объединяющая объекты инновационной инфраструктуры и органы власти Сибирского федерального округа, в целях развития биотехнологий, медицины и фармацевтики.
    586
  • 13/04/2016

    В ИЦИГ СО РАН создают базу данных для обработки научной информации

    ​В Федеральном исследовательском центре «Институт цитологии и генетики СО РАН» разрабатывают универсальную систему для поддержки селекционно-генетических экспериментов, пока что тестируя ее на проектах, связанных с изучением пшеницы.
    1008
  • 05/07/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция по высокопроизводительному секвенированию в геномике

    ​​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН представили новые методы, использующие NGS секвенирование, уникальные для нашей страны, на II Всероссийской конференции "Высокопроизводительное секвенирование в геномике", прошедшей в новосибирском Академгородке.
    537
  • 10/01/2017

    Академику Николаю Колчанову исполнилось 70 лет

    ​Николай Александрович Колчанов родился 9 января 1947 года в с. Кондрашино Омской области. В 1971 году окончил Новосибирский государственный университет. С 1974 года работает в Институте цитологии и генетики СО РАН, а с 2008 года - директор этого института.
    770
  • 14/11/2017

    Юбилей академика Михаила Ивановича Воеводы

    ​Михаил Иванович Воевода родился 14 ноября 1957 года в Новосибирске. После окончания в 1982 году Новосибирского Государственного Медицинского Университета обучался в клинической ординатуре по специальности «внутренние болезни».
    160
  • 14/11/2016

    Академику Владимиру Солошенко исполнилось 70 лет

    ​Солошенко Владимир Андреевич Солошенко родился 12 ноября 1946 году в г. Черепаново Новосибирской области. Окончил Новосибирский сельскохозяйственный институт в 1970 году по специальности зоотехния. В 1970-1972 г.
    761
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    967
  • 27/08/2016

    Десятая Международная конференция «Bioinformatics of Genome Regulation and Structure\Systems Biology», BGRS\SB-2016

    С 29 августа по 2 сентября 2016 года Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, Россия) проводит юбилейную 10-ую Международную мультиконференцию по биоинформатике регуляции и структуры геномов и системной биологии (Bioinformatics of Genome Regulation and Structure\ Systems Biology — BGRS\SB-2016).
    1757
  • 09/11/2017

    Научная молодежь: разработки, амбиции, планы

    ​В ТАСС (Новосибирск) накануне Всемирного дня науки состоится круглый стол, посвященный открытиям молодых ученых, их участию в крупных научных проектах. Молодые представители СО РАН - Института горного дела, Института химической биологии и фундаментальной медицины, Института цитологии и генетики, а также действующие и новые резиденты Академпарка, расскажут о ряде проектов, над которыми ведется работа в этом году.
    176
  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    125