Elektronica op basis van kunststoffen komt in het dagelijks leven steeds vaker voor. De elementaire processen die daarachter steken worden tot nog toe maar gedeeltelijk begrepen. Fysici van de universiteit Würzburg hebben een belangrijke stap gemaakt naar het begrip van de complexe eigenschappen van deze grondstoffen.
Iemand met een smart Phone komt heel dagelijks mee in aanraking: Oleds – organische lichtdioden, in het Engels, organic light emitting diodes. De principewerking: tussen twee stroom voerende contacten, de anode en de kathode, bevinden zich meerdere tussenlagen van organische materialen, die instaat zijn om licht uit te zenden.
Waar wordt op kunststof gebaseerde elektronica gebruikt?
Oleds worden gebruikt bij de displays in mobiele telefoons, vlakke beeldschermen en nieuw soortige lampen. De op kunststof gebaseerde elektronica kan ook de omgekeerde weg bewandelen en in de photovoltaïsche werking licht omzetten in stroom. Ook is de toepassing mogelijk in geïntegreerde schakelkringen zoals in RFID-Chips.
„Elektronica op basis van dunne kunststof filmlagen is goedkoop, efficiënt en is relatief eenvoudig en is eenvoudig met een simpel drukproces te produceren“, zegt Marc Häming over de voordelen van de “plastic elektronica”. Häming is wetenschappelijk medewerker van de leerstoel voor experimentele fysica 7 van de universiteit Würzburg en het gemeenschappelijke laboratorium met de Karlsruher Institut für Technologie KIT. Samen met de rector van de leerstoel professor Friedrich Reinert en de docent Dr. Achim Schöll heeft hij de fysische processen in dergelijke componenten nauwkeurig onder de loep genomen.
De resultaten die het team ontdekt heeft werden onlangs gepubliceerd in het vaktijdschrift Physical Review B van de American Physical Society. Bovendien hebben de uitgevers van het artikel hun lezers dit als editor`s suggestion“ aanbevolen, iets wat maakt 1/ 20e deel van de publicaties ten deel valt.
Belangrijke effecten aan de grensvlakken.
„Voor de eigenschappen van deze elektronische componenten spelen de grensvlakken tussen de verschillende lagen en grote rol“, verklaart Marc Häming. Zo hebben ze bijvoorbeeld een directe invloed op de ladingtransport tussen de lagen, de lichtopbrengst van de Oleds of het opwekken van de elektrische lading in zonnecellen.
De wetenschappers hebben onder andere met behulp van de foto-elektronen spectroscopie de elektronische structuur van dergelijke grensvlakken onderzocht. Tot nog toe bestonden voor de effecten, die daarbij gemeten konden worden, drie rivaliserende verklaringsmodellen. „Daarom hebben wij een lagensysteem bedacht, waarmee het mogelijk is om verschillende testen met elkaar te kunnen vergelijken“, zegt Häming. Op deze manier is het de groep gelukt om een dominant fysisch effect te identificeren en door middel van een vergelijkbaar eenvoudig model te beschrijven.
Marc Häming, wetenschappelijk medewerker van de leerstoel voor experimentele fysica 7, bij de foto-elektronen spectroscopie. (Foto: Gunnar Bartsch)
De toegepaste truc: „we hebben een zeer dunne laag met een dikte van slechts één molecule van een bepaalde kleurstof toegevoegd aan het grensvlak tussen metaalcontact en kunststof laag“, verklaart Häming. Dit leidde tot grote veranderingen van de eigenschappen van de grenslaag.
Een model systeem voor onderzoek en ontwikkeling
“Wat deze arbeid bovendien zo interessant maakt, is het gegeven, dat de fysici uit Würzburg hiermee een model systeem hebben ontwikkeld, waarmee de centrale aspecten van de wisselwerking in grenslagen tot in detail kunnen worden onderzocht”, aldus Häming. Door een geschikte keuze van de materialen is het mogelijk om de eigenschappen van de grensvlakken systematisch te sturen. De details hiervan willen de wetenschappers in de nu volgende onderzoeken verklaren.
Voor de ontwikkeling van nieuwe displays voor mobiele telefoon of zonnecellen hebben de resultaten vooralsnog geen directe invloed. „Wij verrichten elementair onderzoek. Het gaat er ons om de fysische samenhang te begrijpen en te beschrijven“, zegt Marc Häming. De verkregen kennis biedt potentiële gebruikers echter aanwijzingen onvoordelig gerichte ontwikkeling van bepaalde materiaaleigenschappen.
