22 januari 2024

Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat ett nytt miljövänligare sätt att skapa ledande bläck för användning i organisk elektronik som solceller, konstgjorda nervceller och mjuka sensorer. Fynden, som är publicerade i Nature Communications, banar väg för framtidens hållbara teknologi.

Person i labbrock och handskar häller en blå vätska på en glasyta.
Tiefeng Liu, postdoktor vid Laboratoriet för organisk elektronik, är en av forskarna bakom det nya ledande bläcket som kan ha stor potential för framtida hållbara tillämpningar.  Thor Balkhed

Organisk elektronik är på stark frammarsch som ett komplement, och i vissa fall ersättare, till traditionell kiselbaserad elektronik. Tack vare enkel tillverkning, hög flexibilitet och låg vikt kombinerat med de elektriska egenskaperna vanligtvis förknippade med traditionella halvledare, finns tillämpningar inom bland annat digitala skärmar, energilagring, solceller, sensorer och implantat.Mörkblå vätska (ledande bläck) i bägare.LiU-forskare har utvecklat en ny hållbar metod för att skapa konjugerade polymerer i ett ledande bläck med vatten som lösningsmedel. Foto Thor Balkhed

Att elektronik är organisk innebär att den är uppbyggd av halvledande plaster – så kallade konjugerade polymerer. Men för att tillverka konjugerade polymerer krävs ofta miljöfarliga, giftiga och lättantändliga lösningsmedel. Det är ett stort hinder för en bred kommersiell och hållbar användning av organisk elektronik.

Hög ledningsförmåga

Nu har forskare vid Linköpings universitet utvecklat en ny hållbar metod för att skapa dessa polymerer i ett ledande bläck med vatten som lösningsmedel. Förutom att metoden är mer hållbar är också ledningsförmågan hos det nya bläcket väldigt hög.Simone Fabiano.Simone Fabiano, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik. Foto Thor Balkhed

– Vår forskning introducerar ett nytt sätt att skapa konjugerade polymerer med hjälp av miljövänliga lösningsmedel som vatten. Med metoden, som kallas ground-state electron transfer, kommer vi inte bara runt problematiken med användandet av farliga kemikalier, vi kan också uppvisa förbättringar i materialets egenskaper, säger Simone Fabiano, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik.

Hållbar elektronik

När forskarna testade det nya ledande bläcket som transportlager i en organisk solcell kunde de se att både stabilitet och effektivitet blev högre än med traditionella material. De har också testat bläcket för att skapa elektrokemiska transistorer, och konstgjorda nervceller som uppvisade egenskaper som liknar biologiska nervceller.

Två personer i labbrockar i ett lab.Johanna Heimonen, doktorand och Tiefeng Liu, postdoktor är första författare till den vetenskapliga artikeln publicerad i Nature Communications. Foto Thor Balkhed – Jag tror att våra resultat kan förändra forskningsfältet organisk elektronik i grunden. Genom att tillverka organiska halvledare från gröna och hållbara lösningsmedel som vatten kan vi massproducera elektronik med minimal påverkan på miljön, säger Simone Fabiano.

Forskningen finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability (WISE), Wallenberg Wood Science Centre, Vetenskapsrådet, Vinnova, Europeiska kommissionen samt via den svenska regeringens strategiska satsning på nya funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet. Simone Fabiano är också Wallenberg Academy Fellow.

Artikeln: Ground-state electron transfer in all-polymer donor:acceptor blends enables aqueous processing of water-insoluble conjugated polymers; Tiefeng Liu, Johanna Heimonen, Qilun Zhang, Chi-Yuan Yang, Jun-Da Huang, Han-Yan Wu, Marc-Antoine Stoeckel, Tom van der Pol, Yuxuan Li, Sang Young Jeong, Adam Marks, Xin-Yi Wang, Yuttapoom Puttisong, Asaminew Y. Shimolo, Xianjie Liu, Silan Zhang, Qifan Li, Matteo Massetti, Weimin M. Chen, Han Young Woo, Jian Pei, Iain McCulloch, Feng Gao, Mats Fahlman, Renee Kroon, Simone Fabiano; Nature Communications 2023, publicerad online 20 december 2023; DOI: 10.1038/s41467-023-44153-7

Person håller en glasskiva med blå fläckar framför ansiktet.När forskarna testade det nya ledande bläcket som transportlager i en organisk solcell kunde de se att både stabilitet och effektivitet blev högre än med traditionella material. Foto Thor Balkhed

Kontakt

Relaterad forskning

Forskningsmiljö

Materialforskning

Senaste nytt från LiU

Tre personer i labbrock står och pratar.

Bättre neutronspeglar kan avslöja materiens inre hemligheter

Med bättre neutronspeglar kan effektiviteten vid materialanalyser i neutronkällor bli högre. Den förbättrade spegeln har LiU-forskare utvecklat genom att belägga en kiselplatta med tunna lager av järn och kisel blandat med borkarbid.

Ensamt barn i silhuett.

Riktlinjer saknas kring barn som utsatts för sexövergrepp

Hälften av 34 undersökta länder i Europa saknar riktlinjer för hur barn som utsatts för sexuella övergrepp ska få hälsovård och behandling. Ett av dem är Sverige. Det visar en studie som gjorts vid Linköpings universitet.

Person intervjuas och pratar om sin avhandling

Sigrid blev dubbeldoktor - vid 26 års ålder

En lång men också väldigt rolig resa, så beskriver Sigrid Nilsson sin tid som forskarstuderande vid Forskarlinjen. För nu har hon disputerat och kan därmed både blicka framåt och bakåt på sin forskning.