Исследование американских учёных позволило разработать то, что, по-видимому, станет универсальной методикой, позволяющей снижать рабочую функцию проводника катода до разумно необходимых уровней. Это даст возможность отказаться от использования неустойчивых реакционных металлов и снизить требования к корпусировке готовой продукции.

Представьте себе телевизор, толщиной и весом сравнимый с листом бумаги. Глядя на прогресс индустрии органических проводников и печатной электроники в целом, можно не сомневаться, что однажды это и впрямь перестанет казаться научной фантастикой. Процесс, позволяющий в буквальном смысле печатать на органической плёнке функциональные электронные устройства, уже используется в опытном производстве органических солнечных батарей и массовом изготовлении органических светоизлучающих диодов (OLED), которые формируют дисплеи самых современных смартфонов.

Стандартная упрощённая схема органического светоизлучающего диода (OLED) (иллюстрация Home Theater).

Хотя эта новейшая технология, как ожидается, будет расти миллиардными (в долларовом исчислении) шагами ежегодно в течение десяти лет, основной проблемой, которую ещё предстоит решить, была и остаётся организация дешёвого производственного процесса в условиях нормальной окружающей среды. Главная головная боль печатной электроники, которая обусловливает не только высокую стоимость OLED-дисплеев, но и невероятную сложность изготовления изделий сколько-нибудь значительной площади, — необходимость напыления в качестве катодного материала тонкого слоя высокопроводного металла с низкой энергией выхода электрона.

Среди металлов чаще всего применяются кальций (наилучший вариант) или алюминий — в качестве компромисса (есть ещё варианты с литием и магний-серебряным сплавом). К сожалению, всё это очень быстро окисляется на воздухе, реагируя практически с каждым компонентом воздушной смеси, включая азот (только для лития), кислород, воду и диоксид углерода. Хуже того, зачастую реакции протекают с выделением не только тепла, но и света (самым безопасным материалом является компромиссный алюминий с относительно высокой рабочей функцией, так что использование дополнительных малодоступных электропроводящих полимерных слоёв становится неизбежным, а цена, увы, возрастает ещё больше, и это не упоминая о сложности перевода алюминия в газовую фазу). Вот почему производителям приходится обеспечивать надёжную и очень дорогую корпусировку компонентов органической электроники в солнечных батареях и OLED-панелях, что немедленно сказывается на дальнейшем увеличении цены продукта, его весе и долговечности. Кстати, металл наносится практически по всей поверхности OLED-панели — так что варианты с золотом даже не рассматриваются (да и работа выхода электрона довольно высока, а потому игра совсем не стоит свеч).

Но научная мысль не стоит на месте: работа учёных из Технологического института Джорджии (США), о которой можно почитать в свежем выпуске журнала Science, похоже, предлагает универсальную методику, позволяющую снижать рабочую функцию проводника до разумно необходимых уровней.

Метод заключается в нанесении очень тонкого слоя полимера (от 1 до 10 нм толщиной) на поверхность стабильного на воздухе проводника (например, органического), который в общем случае намного хуже проводит ток, чем любой из металлов, зато лёгок и дёшев в обращении и производстве. Такая обработка приводит к образованию сильного поверхностного диполя, что вызывает конвертацию заурядного проводника в эффективный электрод, характеризующийся низкой энергией выхода электрона. В качестве такого дополнительного полимерного покрытия можно использовать, к примеру, водорастворимые полимеры, доступность которых не ограничена даже ценой.

Надо признать, что предложенная процедура способна полностью революционизировать всю современную промышленность печатной электроники, так как в качестве материала катода теперь можно использовать стабильные органические проводники, которые не требуют ни безвоздушной среды, ни особой корпусировки для последующей защиты готового продукта.

И всё-таки в бочку мёда нужно капнуть дегтя — чтобы не было головокружений от успехов. К сожалению, органическая электроника — любая её функциональная часть — очень чувствительна к воздействию «синглетного кислорода», наличие которого приводит к быстрой окислительной деградации продукта. Синглетный кислород образуется из обычного триплетного под действием солнечного ультрафиолета, то есть он всё время как присутствует в воздухе, так и может образовываться внутри самого прибора на жарком солнечном пляже (мониторы) или в какой-нибудь Сахаре (солнечные батареи). Вот и получается, что от плотной (а лучше всего — газонепроницаемой) корпусировки никуда не уйти...

Подготовлено по материалам Технологического института Джорджии.

Источник: http://science.compulenta.ru/674582/