Tillverkning av halvledare till tunna skärmar i mobiler kräver idag sällsynta metaller, där gruvdriften orsakar miljöskador. Nu har forskare utvecklat ett mer hållbart alternativ genom att använda björklöv som tryckkokas.
Organiska halvledare är ett av de viktigaste materialen i så kallade optoelektroniska tillämpningar, till exempel organiska lysdioder, OLED. De används i ultratunna och ljusstarka tv- och mobiltelefonskärmar.
Baksidan är att dessa halvledare idag främst framställs av petrokemiska föreningar och sällsynta grundämnen som tagits fram genom miljöskadlig gruvdrift. De innehåller också metaller som det råder brist på, till exempel platina, indium och fosfor.
Nu har forskare vid Umeå universitet, tillsammans med kollegor i Danmark och Kina, utvecklat ett mer hållbart alternativ – ett biobaserat halvledarmaterial.
– Kärnan i vår forskning är att utnyttja närliggande förnybara resurser för organiska halvledarmaterial, säger fysikforskaren Jia Wang vid Umeå universitet.
Förnybart råmaterial i halvledare
Forskarna har lyckats ta fram kolbaserade partiklar i nanostorlek med rätt optiska egenskaper genom att tryckkoka björklöv.
Tillverkningsprocessen är enkel. Forskarna plockade björklöv på campusområdet i Umeå och kokade dem i en tryckkokare. De fick då fram en slags ”kolprickar” som är cirka två nanometer stora, och som avger ett djuprött ljus när de löses upp i etanol.
Några av de optiska egenskaperna hos dessa kolprickar är jämförbara med kommersiella kvantprickar som används idag. Men en skillnad är att de inte innehåller tungmetaller eller kritiska råmaterial.
– Det är viktigt att notera att vår metod inte är begränsad till björklöv. Vi testade olika växtblad med samma tryckkokningsmetod, och alla gav upphov till liknande rödemitterande kolprickar. Denna mångsidighet tyder på att omvandlingsprocessen kan användas på olika platser med olika tillgång på råmaterial, säger Jia Wang.
Kan jämföras med skärmljus
Genom att använda kolprickarna i en ljusemitterande elektrokemisk cell, LEC, kunde forskarna visa att ljusstyrkan som genererades var 100 cd/m2. Det är jämförbart med ljusintensiteten från en datorskärm.
– Detta resultat visar att det är möjligt att övergå från fossila petroleumföreningar till förnybar biomassa som råmaterial för organiska halvledare, säger Jia Wang.
Hon lyfter fram att det kan finnas fler användningsområden för kolprickarna.
– Kolprickar är lovande för många olika tillämpningar, från bioimaging och sensorer till förfalskningsskydd. Vi är öppna för samarbeten och ivriga att utforska fler spännande användningsområden för våra emitterande och hållbara kolprickar, säger Jia Wang.
Vetenskaplig studie:
Fluorescent carbon dots from birch leaves for sustainable electroluminescent devices, Green Chemistry.
Kontakt:
Jia Wang, forskare vid institutionen för fysik, Umeå universitet, jia.wang@umu.se
