ÌÇĐÄֱȄ

16 januari 2019

Den ledande organiska polymeren PEDOT är just nu ett av världens mest studerade material. Trots detta visar LiU-forskare, med Igor Zozoulenko i spetsen, att materialet fungerar på ett helt annat sätt än forskarvärlden hittills trott. Resultatet har stor betydelse för en lång rad tillämpningar.

Helbild av Igor Zozoulenko som promenerar utanför campus Norrköping Fotograf: Peter Holgersson AB
Fler Àn 1500 vetenskapliga publikationer per Är Àgnas Ät den ledande organiska polymeren PEDOT, vilket troligen gör det till ett av vÀrldens mest studerade material. Dess egenskaper Àr ocksÄ unika och polymeren Àr vÀl lÀmpad för solceller, elektroder, lysdioder, mjuka displayer, bioelektronik och mycket annat. Flest publikationer Àr dock av experimentell natur, och bara en liten brÄkdel - mindre Àn en promille - av alla publikationer har skapat en teoretisk förstÄelse för de olika aspekterna av polymerfysik, liksom för PEDOT:s elektroniska struktur.

– Dagar med "trial end error"-forskning borde vara över. Jag kan inte förestĂ€lla mig hur man idag skulle kunna utveckla ett nytt material utan att ha en gedigen teoretisk förstĂ„else för de underliggande principerna som styr materialets egenskaper, sĂ€ger Igor Zozoulenko, professor och forskningsledare för teori och modellering vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, Campus Norrköping.

Tidigare rön stÀlls pÄ Ànde

Det Àr ocksÄ han som stÄr som huvudförfattare till artikeln i ACS Applied Polymer Materials dÀr forskarna presenterar en ny teori kring den elektroniska strukturen och de optiska egenskaperna hos PEDOT. En teori som stÀller en rad av de tidigare forskningsrönen kring PEDOT pÄ Ànde.

Den berÀkningsmodell som idag Àr den erkÀnt bÀsta för att förutse egenskaper hos material kallas DFT, densitetsfunktionsteori. Metoden berÀknar kvantmekaniska elektrondensiteter pÄ effektivast möjliga vis och har blivit en standard inom materialvetenskapens olika grenar. För organiska ledande polymerer anvÀnds dock fortfarande modeller utvecklade pÄ 1980-talet och som nu genom LiU-forskarnas arbete visat sig vara direkt felaktiga.

190114 Professor Igor Zozoulenko vid Institutionen fĆĄr Teknik och Naturvetenskap, LinkĆĄpings Universitet den 14 januari 2019 i NorrkĆĄping.  Foto: Peter Holgersson AB Foto Peter Holgersson AB– Ett stort antal analyser som utförts i vetenskapliga artiklar om PEDOT behöver göras om, konstaterar Igor Zozoulenko.

Optiska egenskaper

En av de stora skillnaderna handlar om den optiska absorptionen, eller nÄgot förenklat de ljusemitterande egenskaperna, som ju bland annat utnyttjas i solceller och i mjuka displayer. Det optiska spektrumet - vilken fÀrg ljuset har - beror pÄ materialets elektroniska struktur, exempelvis pÄ vilka energinivÄer elektronerna sitter inne i atomen, vilket spinn de har och vilka möjligheter de har att förflytta sig. Eftersom förstÄelsen varit för dÄlig blir ocksÄ tolkningarna av de experimentella resultaten fel.

PEDOT eller poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Àr ocksÄ ett material som i grunden Àr dopat för att det ska fÄ sin utmÀrkta ledningsförmÄga. FÀrgen Àndras ju mer dopat materialet Àr - ju mer av ett störÀmne som tillsatts för att bryta upp elektronparbindningarna inne i atomerna. HÀr har tidigare metoder helt enkelt inte varit tillrÀckligt exakta.

– I vĂ„rt papper ger vi en helt annan tolkning av PEDOT:s optiska spektra liksom en helt annan tolkning av elektronparametrisk resonans, EPR. VĂ„ra resultat Ă€r Ă€ven tillĂ€mpliga pĂ„ mĂ„nga av de övriga ledande polymera materialen, sĂ€ger Igor Zozoulenko.

Artikeln:
Igor Zozoulenko, Amritpal Singh, Sandeep Kumar Singh, Viktor Gueskine, Xavier Crispin, and Magnus Berggren, Laboratory of Organic Electronics, ITN, Linköping University. ACS Applied Polymer Materials 2018. DOI 10.1021/acsapm.8b00061


Fotnot: 1998 fick Walter Kohn Nobelpriset i kemi för utvecklingen av densitetsfunktionsteorin och 2013 gick Nobelpriset i kemi till just till forskare inom teoretisk modellering av komplexa kemiska system, Martin Karplus, Michael Levitt och Arieh Warshel.

Kontakt

Fler nyheter från Laboratoriet för organisk elektronik

En kvinna i vit skjorta och blÄ handskar som hÄller i ett rör med en grön vÀtska i.

Växtceller ska bli byggstenar i nya material

LiU-forskaren Eleni Stavrinidou får 26 miljoner kronor från KAW för ett forskningsprojekt där starka och flexibla material ska odlas från växtceller. Materialen ska kunna användas för hållbara teknologier inom byggande, textilier och medicin.

NÄgra personer som befinner sig i ett rum.

ÌÇĐÄֱȄ-miljoner till två LiU-forskare för framtidens energilösningar

LiU-forskarna Nara Kim och Catherine Aitchison, båda vid Laboratoriet för organisk elektronik, har i hård konkurrens tilldelats varsitt ÌÇĐÄֱȄ Starting Grant på cirka 18 miljoner kronor över fem år.

En kvinna i labbrock och blÄ handskar som hÄller i ett bÀgarglas med en vÀtska i.

Fler kvinnor ska leda framtidens forskning

Många kvinnor påbörjar en forskarkarriär inom teknik och naturvetenskap, men betydligt färre går vidare till att leda egna forskargrupper. För att stödja fler kvinnor på vägen mot forskningsledande roller startar LiU satsningen Women in Science.

Forskning

Senaste nytt från LiU

En man som stÄr framför ett fönster och hÄller i ett blÄtt paraply.

En fältfilosof i en ny värld

Professor Adam Briggle lämnade en etablerad akademisk karriär i Texas för ett nytt kapitel. Lockad av LiU:s filosofiska forskningsmiljö och en större akademisk frihet utforskar han nya perspektiv på AI, en av vår tids mest angelägna etiska frågor.

MÀn i laboratoriemiljö.

Grafenoxid hjälper linfibrer att stå emot vatten

Att ersätta glasfiber med linfiber skulle kunna minska klimatavtrycket från produkter som båtar. Men naturfibrer är mycket känsliga för vatten och fukt. LiU-studier visar att beläggning med grafenoxid kan minska vattenupptaget.

En nÀrbild av en fluga pÄ en vit yta.

Sociologiska metoder ska ge nya perspektiv på flugans hjärna

Hur hänger nervcellerna i en bananflugas hjärna samman? Det ska Carl Nordlund vid ÌÇĐÄֱȄs universitet undersöka med kunskap och verktyg från sin forskning om sociala nätverk.