Forscher machen Fortschritte in Richtung eines neuen umweltfreundlichen Nanomaterials, das elektronische Geräte revolutionieren könnte.

20. Juli 2023

Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

• Fakten überprüft
• peer-reviewed Publikation
• vertrauenswürdige Quelle

korrekturgelesen von Spanish National Research Council

Ein Forscherteam des Instituto de Carboquímica des Spanish National Research Council (CSIC) hat einen bemerkenswerten Fortschritt in der Entwicklung effizienter und nachhaltiger elektronischer Geräte erzielt. Sie haben eine spezielle Kombination von zwei außergewöhnlichen Nanomaterialien gefunden, die erfolgreich zu einem neuen Hybridprodukt führt, das Licht schneller in Elektrizität umwandeln kann und umgekehrt, als herkömmliche Materialien.

Die Forschung ist in der Zeitschrift Chemistry of Materials veröffentlicht.

Das neue Material besteht aus einem eindimensionalen leitfähigen Polymer namens Polythiophen, das geschickt mit einer zweidimensionalen Ableitung von Graphen namens Graphenoxid integriert wurde. Die einzigartigen Eigenschaften dieses Hybridmaterials versprechen eine unglaubliche Verbesserung der Effizienz optoelektronischer Geräte, wie zum Beispiel Bildschirme von Smart-Geräten und Solarmodule, unter anderem.

Doktor Wolfgang Maser, der leitende Forscher des Projekts, erklärt: "Durch unsere Synthesestrategie nimmt das Polymer eine bestimmte Struktur als wasserdispergierbare Nanopartikel an, was einen engen Kontakt mit den Graphenoxidschichten begünstigt." Dieser Kontakt führt wiederum zu elektrischen Verhaltensänderungen innerhalb des Polymers und erhöht seine elektrische Effizienz signifikant.

Doktor Ana Benito, die Co-Leiterin des Projekts und zusammen mit Doktor Maser der Gruppe für Kohlenstoff-Nanostrukturen und Nanotechnologie (G-CNN) führend, sagt: "Wir waren besonders fasziniert von den vorteilhaften optischen, elektrischen und elektrochromischen Eigenschaften von Polythiophen. Obwohl es bei Beleuchtung Strom erzeugte und Licht emittierte, war seine Reaktionszeit langsam."

"Nachdem wir Graphenoxid ausgiebig untersucht hatten - ein aus Graphen abgeleitetes Nanomaterial mit einzigartigen Eigenschaften, wasserdispergierbar und einfach herzustellen - haben wir vermutet, dass die Kombination der beiden Materialien die inhärenten elektronischen Einschränkungen des Polymers überwinden würde", betont Doktor Maser.

"Unser ursprüngliches Konzept bestand darin, das Polythiophen zu modifizieren und es in kleine Nanosphären namens Nanopartikel umzuwandeln, die leicht mit Graphenoxid kombiniert werden konnten. Darüber hinaus ermöglichte uns diese Methode, in wässrigen Dispersionen zu arbeiten, was bei dieser Art von Polymeren extrem herausfordernd ist", betont Doktor Benito.

"Anfangs haben wir keine Veränderungen der elektronischen Eigenschaften des Materials festgestellt. Als wir es jedoch gründlich analysierten, stellten wir fest, dass die neuen Materialien ungewöhnliche schnelle Elektronentransportphänomene ermöglichten, so schnell, dass wir es anfangs mit den üblichen Techniken nicht verfolgen konnten."

Die Zusammenarbeit mit Forschern der Universitäten Murcia, Cartagena und Zaragoza war entscheidend, um die Relevanz ihrer Ergebnisse zu bestätigen.

Diese bahnbrechende Entdeckung hat bedeutende Auswirkungen auf eine Vielzahl von technologischen Anwendungen, einschließlich der Herstellung von intelligenten flexiblen Bildschirmen, tragbaren elektronischen Geräten oder hoch effizientem elektronischem Papier.

Eduardo Colom, der Hauptautor des Artikels, der die Hybridmaterialien in seiner Doktorarbeit untersucht, erklärt: "Geräte, die mit diesem neuartigen Material hergestellt werden, zeigen eine überlegene Effizienz, reduziertes Gewicht, verbesserte Flexibilität und eine größere Nachhaltigkeit, alles dank der Verwendung umweltfreundlicher Materialien mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften."

Darüber hinaus könnte dieser Durchbruch auch die Effizienz von organischen Solarzellen erhöhen, indem sie eine größere Menge Licht von der Sonne auf eine effizientere und kostengünstigere Weise einfangen.

Die Autoren weisen außerdem darauf hin: "Wir könnten in der Lage sein, energieeffizientere elektronische Geräte herzustellen, die weniger Strom verbrauchen und schneller reagieren. Diese Erkenntnisse führen uns zu einer Zukunft auf Basis einer fortschrittlicheren und nachhaltigeren Technologie."

Die Synthese dieses neuen Hybridmaterials stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung Nachhaltigkeit dar, da es auf Wasser als Lösungsmittel basiert und auf den Einsatz toxischer Chemikalien verzichtet, die in aktuellen Methoden üblicherweise verwendet werden. Dies hat das Potenzial, die Umweltauswirkungen der Herstellung elektronischer Geräte zu reduzieren.

Moreover, the synthesis strategy employed could be extended to other conductive polymers, thereby fostering important implications in technological applications. This finding represents an important achievement in the sustainable design of new architectures for high-performance optoelectronic devices.

The team of researchers of the G-CNN group has focused in recent times on creating highly functional and sustainable nanomaterials. These versatile nanomaterials find utility in a wide array of applications, ranging from the generation of clean energies, such as green hydrogen, to catalysis, energy storage or even heritage preservation, (bio)sensor development, and disease treatment.

Journal information: Chemistry of Materials

Provided by Spanish National Research Council