Учёные из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли подобрали перспективный, недорогой и экологически безопасный состав чернил для широкого спектра применений в производстве и быту. Новинка поможет выпускать дисплеи нового поколения для электроники, будет использоваться в предметах одежды и служить основой для 3D-печати светящихся и люминесцирующих моделей.

Модели Эйфелевой башни, напечатанные с использованием новых люминесцентных чернил. Источник изображения: Berkeley Lab

«Благодаря замене драгоценных металлов более доступными в природе материалами, наша технология супрамолекулярных [супермолекулярных] чернил может кардинально изменить правила игры в индустрии OLED-дисплеев, — заявил главный исследователь проекта Пейдонг Янг (Peidong Yang), старший научный сотрудник отдела материаловедения Berkeley Lab и профессор химии, материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Беркли. — Что ещё более захватывающе, так это то, что технология может также распространить свое применение на печать органических плёнок для изготовления носимых устройств, а также люминесцентных рисунков и скульптур».

Исследователи пояснили в статье в журнале Science, что новый материал состоит из порошков, содержащих гафний (Hf) и цирконий (Zr), которые можно смешивать в растворе при относительно невысоких температурах: от комнатной до примерно 80 °C. При нагревании образуются «чернила», которыми дальше можно пользоваться по своему усмотрению. Подобный скромный нагрев позволит значительно снизить затраты на производство, которое, как правило, довольно энергоёмкое, если говорить о современных реалиях.

Представление новой супермолекулы «чернил»

Более того, новые чернила способны подтолкнуть к появлению более устойчивых к воздействию окружающей среды плёнок на основе перовскита. Они могут заменить современные соединения перовскита со свинцом, предложив более экологически чистую альтернативу перспективным светящимся и фотопреобразующим перовскитным пленкам.

Но это в отдалённой перспективе. Найденный в Беркли супермолекулярный состав был испытан на люминесценцию и её эффективность. Выяснилось, что при освещении материала ультрафиолетовым светом он почти 100 % энергии переводит в оптический диапазон. Это редкая удача, которая позволит максимально увеличить эффективность будущих плоскопанельных дисплеев. Правда, найдены только соединения для синего и зелёного спектра, тогда как с красным пока не заладилось.

В качестве эксперимента была изготовлен тонкоплёночный дисплей, работа которого в виде быстрой смены букв английского алфавита показана выше на видео. Нетрудно заметить, что даже лабораторная разработка показывает отличную скорость реакции, что важно для дисплеев.

Не менее интересно выглядит перспектива использования нового супермолекулярного соединения для 3D-печати. Напечатанные таким образом миниатюры будут светиться, что позволит, например, создавать таким образом декоративные осветительные приборы. Наконец, светящиеся чернила с поддержкой низкотемпературно процесса способны сказать новое слово в одежде. Это может быть как спецодежда для работы в условиях плохой освещённости, так и повседневная со своей изюминкой в дизайне.

Учёные из японского института Advanced Industrial Science and Technology (AIST) выяснили, что добываемая из кофе одноимённая кислота до 100 раз улучшает прохождение тока через некоторые полупроводниковые компоненты. Это улучшает токовые характеристики электроники, а также положительно сказывается на её экологичности.

Источник изображения: Pixabay

В ходе экспериментов выяснилось, что после обработки натуральной кофейной кислотой электродов органических светодиодов и ячеек органических солнечных элементов они начинали пропускать в 100 раз более сильный ток, чем до обработки. Детальный анализ показал, что кофейная кислота заставляет молекулы материала на поверхности электродов выстраиваться в одну линию — именно это снижает сопротивление току, то есть облегчает перемещение электронов.

«Ускорение» тока после обработки электродов из различного материала кофейной кислотой. Источник изображения: AIST

Теоретически и практически ничто не мешает обрабатывать электроды электронных компонентов другими соединениями, среди которых есть лучшие по реакции и последствиям обработки. Но из тех соединений, которые сегодня используются в промышленности, они либо достаточно редкие (и поэтому дорогие), либо вредные для окружающей среды.

Использование для обработки электродов кофейной кислоты убивает двух зайцев: оно даёт ощутимый эффект и отлично сочетается с повышенными экологическими требованиями. Наконец, плёнка на электродах после обработки кофейной кислотой оказывается высокоустойчивой для воздействия растворителями, которые широко используются при производстве органических светодиодов (дисплеев) и органических солнечных элементов. Проще говоря, растворители в процессе обработки электронных компонентов не наносят вред уже обработанным узлам изделия. Когда эта технология будет внедрена в коммерческое производство, учёные сказать не берутся.