Молодые ученые создали самособирающиеся нанопровода для «зеленой» органической электроники

22.10.2021



Три главных вызова, стоящих перед современной микроэлектроникой, это использование органических материалов, миниатюризация элементов готовых устройств и минимизация влияния используемых материалов на окружающую среду.

Молодые ученые из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина совместно с коллегами из Института общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН, а также из МГУ им. М.В. Ломоносова разработали метод получения проводящих наноструктур («нанопроводов»), который позволяет решить все эти задачи. Статья опубликована в журнале Inorganic Chemistry https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.inorgchem.1c02147. Авторы используют способность органических молекул к самопроизвольной, так называемой супрамолекулярной сборке с помощью слабых межмолекулярных связей, удерживающих молекулы вместе за счет большого числа контактов. Именно этот принцип лежит в основе самосборки сложных биологических объектов: мембран, клеток, тканей.

Нанопровода были собраны из готовых супрамолекулярных блоков размером 2 нм, синтезированных из фталоцианинов - синтетических красителей циклического строения, обладающих полупроводниковыми свойствами и широко использующихся в органической электронике. К фталоцианинам добавили краун-эфирные группы (циклические молекулы-«ловушки» для катионов металлов) и соединили между собой в пары ионами редкоземельных элементов. Несмотря на сложность молекулярного строения отдельного блока, процесс получения из них нанопроводов очень прост – достаточно добавить к ним соль калия. Катионы калия связываются с краун-эфирными ловушками соседних блоков и собирают их в одномерные стопки длиной до 100 микрон. Такие нанопровода практически не имеют дефектов и проводят электрический ток в 50 раз эффективнее других известных материалов на основе фталоцианинов.

Простота метода открывает возможность для его адаптации к реальному производству новых компактных оптоэлектронных устройств. «Для того, чтобы соединять элементы электрической цепи в устройстве для органической электроники, необходимо уметь укладывать нанопровода в нужной конфигурации на поверхности кремниевого чипа», – рассказывает н.с., к.х.н. Александра Звягина, руководитель гранта РНФ для молодых ученых, в рамках которого выполнялась эта работа (грант № 19-73-00025). – «Мы обнаружили, что наши нанопровода сами выстраиваются вдоль силовых линий во внешнем электрическом поле, и за счет этого эффекта мы легко и быстро получаем пленки с нанопроводами, уложенными на поверхности в заданном направлении».

Самосборка и ориентация в электрическом поле — это не все преимущества супрамолекулярных нанопроводов по сравнению с традиционными проводящими полимерами. Сравнительная «слабость» связей между молекулами в нанопроводах становится их сильной стороной, позволяя решать одну из самых сложных проблем современной химии, связанную с предотвращением выброса микропластика в окружающую среду при утилизации полимеров. Ученые ИФХЭ РАН показали, что готовые супрамолекулярные нанопровода, устойчивые в обычных условиях работы электронных устройств, можно быстро разобрать до исходных молекул в специальном растворителе без образования побочных продуктов, которые могли бы повредить окружающей среде. Технология позволяет сохранить ценные соединения, содержащие редкоземельные металлы, в процессе утилизации отработанного чипа и использовать их снова для сборки нового устройства. Молодые исследователи уверены, что технологии, основанные на супрамолекулярной сборке, способны обеспечить будущий прогресс в области "зеленой" безотходной микроэлектроники, а получаемые с помощью этой технологии проводящие наноструктуры станут надежной альтернативой для трудно разлагаемых проводящих полимеров. 

 (jpg, 85 Kб)  (jpg, 73 Kб)

Первый автор работы, молодой научный сотрудник ИФХЭ РАН, к.х.н. Александра Звягина


Подразделы

Объявления

©РАН 2021