Gli scienziati del Centro Skoltech per la scienza e la tecnologia energetica (CEST) e l'Istituto per i problemi di fisica chimica dell'Accademia delle scienze russa hanno sviluppato un nuovo approccio per la preparazione di film sottili di fullerene a semiconduttore. Il metodo consente la fabbricazione di elettronica organica senza l'utilizzo di solventi organici tossici e costose tecnologie del vuoto, riducendo così i rischi ambientali e rendendo più accessibile l'elettronica organica. I risultati del loro studio sono stati pubblicati nel Journal of Materials Chemistry C .

L'elettronica organica offre ai produttori capacità uniche inconcepibili in altre tecnologie. Il peso leggero, la flessibilità e il basso costo dei semiconduttori organici insieme alle loro proprietà su misura aprono ampie opportunità per la progettazione di dispositivi economici ed efficienti per la tecnologia dell'internet delle cose (IoT), monitoraggio della salute in tempo reale, controllo della qualità degli alimenti e molte altre applicazioni.

Però, ci sono diversi ostacoli per l'uso commerciale su larga scala dei semiconduttori organici, in particolare i rischi ambientali associati alla produzione di massa di elettronica a semiconduttore organico utilizzando tecniche di rivestimento e stampa con un grande volume di vapori di solventi organici tossici pericolosi per l'ambiente scaricati nell'atmosfera. I metodi del vuoto sono rispettosi dell'ambiente ma ad alta intensità energetica, che si traduce in costi di produzione molto più elevati e maggiori emissioni di CO ₂ e altri gas serra nella produzione di energia. Sostituzione di composti organici tossici, come il cloroformio, toluene o 1, 2-diclorobenzene, con solventi sicuri come acqua o alcol può essere un importante passo avanti.

Una forma unica di carbonio, fullerene C60, è rappresentato da molecole simili per forma a un pallone da calcio e dotate di una ricchezza di notevoli proprietà, in particolare essendo buoni semiconduttori di tipo n. Però, come molti altri semiconduttori, è per lo più solubile in solventi organici tossici (e spesso clorurati).

Prima, un gruppo di ricerca guidato dal professor Pavel Troshin di Skoltech ha dimostrato che i derivati ​​del fullerene contenenti zolfo si decompongono quando leggermente riscaldati, produzione di fullerene iniziale. Nel loro recente lavoro, i ricercatori hanno sfruttato questa proprietà per ottenere film sottili di fullerene da soluzioni acquose.

"L'obiettivo del nostro studio era sviluppare un metodo per rivestire film sottili di fullerene da soluzioni acquose o alcoliche. Di particolare interesse in questo contesto sono i derivati ​​del fullerene contenenti zolfo con gruppi ionogenici (ammina o carbossilici) che sono facilmente solubili in acqua. Ciò significa che è possibile utilizzare soluzioni acquose di questi composti precursori come "inchiostro elettronico" e applicarli su un substrato utilizzando le tecniche di stampa e rivestimento esistenti per ottenere film che devono solo essere ricotti per ottenere film semiconduttori fullerene di alta qualità, " spiega il primo autore dell'articolo e studente di Ph.D. Skoltech, Artyom Novikov.

I film semiconduttori di fullerene ottenuti da un composto precursore solubile in acqua sono stati utilizzati per realizzare transistor organici ad effetto di campo con elevata mobilità dei portatori di carica e sensori di gas in grado di rilevare l'analita (ammoniaca) in concentrazioni inferiori a 1 ppm.

I risultati ottenuti in questo studio dimostrano il grande potenziale dei composti precursori idrosolubili per la produzione ecologica di elettronica organica.