פריצת דרך ביצירת חומרים מוליכים עשויה לזרז את ההגעה לייצור מסחרי של אלקטרוניקה אורגנית שימושית
לטכנולוגיה שמבוססת על חומרים אורגניים, כלומר פולימרים מבוססי-פחמן כגון פלסטיק, יש פוטנציאל אדיר. החומרים האלו בדרך כלל גמישים, זולים ויעילים יחסית, ולכן עשויים לאפשר פיתוחים כמעט דמיוניים כמו מסכי תצוגה או תאי שמש גמישים, ורכיבים ביו-אלקטרוניים שייטמעו היטב בגוף האדם. תוצאות מחקר חדש, שמבטיחות שיפור משמעותי בהולכת החשמל של פולימרים אורגניים, יכולות לדחוף קדימה את ענף האלקטרוניקה האורגנית ולהפוך פיתוחים כאלו למציאות.
כבר כיום משתמשים בדיודות אורגניות פולטות אור (OLED) במסכי תצוגה של טלוויזיות וטלפונים חכמים ומייצרים באמצעותן מסכים דקים ואיכותיים מאוד. ועם זאת, רוב ההתקנים האלקטרוניים בקולטי שמש וצגים עכשוויים מבוססים על חומרים אי-אורגניים מוצקים וקשיחים. הסיבות העיקריות לכך הן הולכת החשמל הנמוכה והעמידות הפחותה של הרכיבים האורגניים לעומת החלופות המסורתיות.
מאז שהתגלו פלסטיקים ופולימרים מוליכים ומוליכים למחצה, שזיכו את מגליהם בפרס נובל בשנת 2000, נהנה התחום מהתקדמות מרשימה, במיוחד בפיתוח טכנולוגיית ה-OLED המסחרית. למרות זאת, הולכת החשמל של החומרים הללו נשארה נמוכה יחסית ועדיין לא מאפשרת להשתמש במוליכים למחצה אורגניים ליישומים רבים אחרים.
כדי לשפר את ההולכה של מוליכים למחצה אורגניים משתמשים בתהליך שנקרא אילוח. בדומה לתהליך המקביל בחומרים אי-אורגניים כמו צורן (סיליקון), מטרת התהליך היא להוסיף נשאי מטען חשמלי (אלקטרונים שמטענם שלילי או מחסור באלקטרונים שמתבטא במטען חיובי), שיוכלו להשתתף בהולכת החשמל וכך לשפר את ההולכה החשמלית של החומר. כדי לעשות את זה בחומרים אורגניים מחדירים להם מולקולות נוספות שיכולות לתרום לחומר נשא מטען בעקבות חיזור או חמצון כימי.
עד היום המחקר סביב אילוח מוליכים למחצה הזניח את האפשרות לפתח מאלחים שיוכלו לתרום לפולימר יותר מנשא מטען אחד. בגלל המגבלה הזאת, שצמצמה את כמות המולקולות המאלחות שיכולות להגיב עם הפולימר, המחקר בתחום התמקד בשיפור יעילות ההעברה של המטען מהמאלח לפולימר, כך שתרומת כל מאלח תתבטא בהוספת נשא מטען לזרם החשמלי והגברת ההולכה תהיה מירבית.
הסוד הוא במולקולות שיכולות להעביר שני אלקטרונים לפולימר. תצודה דיגיטלית גמישה ומתקפלת | צילום: Shutterstock
רואים כפול
במחקר הנוכחי נקטו באסטרטגיה שונה בתכלית. החוקרים השכילו למצוא צמדים של פולימרים מוליכים למחצה ומולקולות מאלחות מוכרות שיכולים להגיב אלה עם אלה בשתי תגובות חמצון או חיזור עוקבות וכך להעביר שני נשאי מטען מכל מולקולה מאלחת לפולימר. כך הוכפלה למעשה ההולכה האפשרית של המוליך למחצה האורגני.
החוקרים הראו אילוח כפול בכמה מערכות חומרים שונות, וטוענים שמדובר בתהליך כללי שאפשר ליישם בצמדים רבים של מאלחי מוליכים למחצה אורגניים. מאחר שההולכה החשמלית הנמוכה של מוליכים למחצה אורגניים היא אחד המכשולים העיקריים לפיתוח טכנולוגיות חדשות שמבוססות עליהם, הכפלת ההולכה שלהם עשויה להתברר כמהפכה של ממש.
מחקרים מהסוג הזה יכולים לקרב את הגשמת חזון האלקטרוניקה הגמישה, שבו נוכל לגלול צגים ובגדים יהפכו לתאי שמש מהלכים שיספקו חשמל לכל הצרכים הטכנולוגיים של הלובש.
