Шта је органска електроника?
Ово је грана електронике која користи органске материјале
Традиционална електроника заснива се на чврстојсилицијум, који се користи за стварање полупроводника. Они су неоргански (тј. Не садрже угљеник). Супротно томе, органска електроника користи молекуле на бази угљеника - било мале молекуле или полимере, који су дуги ланци молекула. Скоро сви биолошки молекули су органска једињења, али и супстанце добијене из угљоводоника као што су петрохемикалије, уља и пластика. Многи људи могу полимере посебно сматрати непроводљивим - на пример, пластични полимери се користе за изолацију бакарних жица. Али неки органски полимери и молекули могу проводити електричну енергију.
По чему се разликују од традиционалне електронике засноване на силицијуму?
Органска једињења имају некепредности у односу на неорганска једињења. Лагане су, флексибилне и прозирне - све се то значајно разликује од класичне силицијумске технологије. Они такође могу бити јефтинији за производњу.
Зашто органска електроника изазива толико узбуђења?
Постоји толико много органских једињења иширок спектар функционалних група (кластери атома са својим карактеристичним својствима). Њихова електронска својства постају веома лака за подешавање додавањем функционалних група. Неке функционалне групе повлаче електроне, а неке донирају електроне, па њиховим комбиновањем научници могу врло прецизно да подесе жељена својства. На пример, можете да подесите флуоресценцију за светлеће диоде.&нбсп;
Како је настала нова врста електронике?
Органска електроника је почела 1950-ихгодине када су Х. Инокучи и његове колеге открили први проводни органски молекул. Из овог открића је утврђено да органски молекули могу бити полупроводници, што је термин који се обично користи за силицијум, германијум и друге сличне елементе. Испоставило се да органски полупроводници имају низ предности у односу на традиционалне полупроводнике.
Органски полупроводници
В. Хелфрикх и В.Г.Шнајдер је открио да органски молекули могу да емитују светлост. Ово својство је први пут откривено у молекулу антрацена. Једина мана је била што је овај ефекат захтевао висок напон, што је откриће и могући даљи развој чинило крајње неефикасним. Затим, осамдесетих година прошлог века, тројица научника – Хигер, Мекдијармид и Ширакава – направили су проводне полимере, за које су 2000. године добили Нобелову награду за хемију. Неколико година касније, откривено је да перилен тетракарбоксилни дианхидрид - ПТЦДА, молекул органске боје који се још увек користи у фарбама аутомобила, има својства полупроводника.
Следећа важна прекретница било је отварањеорганске светлеће диоде - ОЛЕД - полупроводнички уређаји направљени од органских једињења који ефикасно емитују светлост када електрична струја пролази кроз њих. Овај уређај су 1987. године измислили Цхинг Танг и Степхен Ван Сликме из Кодака. Уређај је могао да емитује светлост са само 5 волти и заувек је променио индустрију екрана.
Где се таква електроника сада користи и каква је њена будућност?
Према професору Андреасу Хиршу, шефуОдељење за органску хемију на Универзитету Фридрих-Александар у Ерланген-Нирнбергу у Немачкој, електроника направљена од угљеника а не од силицијума могла би да доведе до нове генерације медицинских уређаја, сензора, а можда чак и робота.
„Већина људи ће вероватно користититехнологије екрана. Органске диоде које емитују светлост (ОЛЕД) су сада прилично честе у мобилним телефонима, а уз њих можете купити и телевизоре. Али чак и пре тога, дисплеји са течним кристалима (ЛЦД), који се могу сматрати врстом органске електронике, годинама су коришћени у многим апликацијама“, објашњава Хирш у интервјуу са Ричардом Грејем из Хоризонта.
„Уверен сам да за 50-ак година вивидећете много више робота који изгледају органски, који могу да обављају функције које роботи на бази метала не могу“, каже научник.
Спектар примене органске електронике
Органска електроника има широк спектар употреба. Четири од њих се могу назвати најперспективнијим: дисплеји, фотонапонске и транзисторске технологије и биомедицина.
&нбсп;Екран
ОЛЕД (органске светлеће диоде) & # 8212;то је пионирска технологија коју су развили Цхинг Танг и Степхен Ван Слике. ОЛЕД се састоје од органског филма који користи својство фосфоресценције да генерише сопствену светлост уместо да користи позадинско осветљење. Фосфоресценција је емисија услед ексцитације електрона која траје дужи временски период. Можда сте то приметили на ручним сатовима и бројчаницима који светле у мраку.&нбсп;
Торањ Намсан Сеоул 1Ф— ОЛЕД тунел
Фосфоресценција је посебна врста фотолуминисценције.За разлику од флуоресцентне супстанце, фосфоресцентна супстанца не емитује одмах апсорбовану енергију. Дужа времена реемисије су повезана са „забрањеним” енергетским прелазима у квантној механици.
ОЛЕД рад је прилично једноставан.Органски филм се састоји од два слоја: емитивног и проводног. На граници између два слоја постоје рупе. Емитујући слој емитује електроне, а рекомбинација електрона и рупа резултира генерисањем фотона који чине светлост.
У основи постоје две врсте ОЛЕД-а - пасивна и активна матрица.
- Пасивна матрица ОЛЕД (ПМОЛЕД) има тракекатодне и анодне траке, оне су окомите једна на другу. Укрштања и формирају пикселе из којих се емитује светлост. Спољна кола примењују струју на одабране траке аноде и катоде, одређујући који ће пиксели бити укључени, а који ће остати искључени. Осветљеност зависи од величине примењене струје. Њихов недостатак је што троше много енергије и стога се користе на малим екранима као што су ПДА (Персонал Дигитал Ассистант) и МП3 плејери.
- Други тип ОЛЕД-а је активни матрични ОЛЕД(АМОЛЕД). АМОЛЕД такође имају пуне слојеве катоде, органског материјала и аноде, али анодни слој се преклапа са матрицом танког филма транзистора (ТФТ). ТФТ низ је коло које одређује који се пиксели укључују да би се формирала слика.
АМОЛЕД троше много мање енергије одПМОЛЕД јер ТФТ низ захтева мање енергије од спољних кола. Као резултат тога, погодни су за велике дисплеје као што су компјутерски монитори, телевизори и електронски билборди.
Заузврат, ОЛЕД ЛЕД диоде имају многопредности у односу на ЛЦД (дисплеје са течним кристалима). Традиционални ЛЦД екрани се састоје од много делова. Течни кристали немају своје позадинско осветљење, па користе позадинско осветљење. Поред тога&нбсп; Дизајни екрана имају рефлекторске листове за побољшање осветљености, листове дифузора за одвајање и равномерну дистрибуцију светлости, доњи поларизатор и горњи поларизатор, филтер у боји за стварање обојене светлости и наравно течне кристале, који су кључни елементи. Ово драматично повећава дебљину екрана.
Квантне светлеће диоде (КЛЕД) – осталоправац. Садрже поларизаторе и филтере у боји. Такође им је потребно позадинско осветљење јер квантне тачке не могу да емитују сопствену светлост. Као резултат, ови дисплеји постају превише дебели. ОЛЕД ЛЕД диоде су елегантне, производе више апсолутне црне боје од КЛЕД-а и боље раде при слабом свјетлу јер је сваки пиксел посебно освијетљен. ОЛЕД екрани могу бити веома танки. Па ипак, већина компанија и потрошача бира ОЛЕД екране за своје паметне телефоне.&нбсп;
&нбсп;Фотонапонске апликације
Органски фотонапонски уређаји су ууглавном органске соларне ћелије. Полимери се обично користе као фотонапонски материјали. Једна од главних предности коришћења органских материјала за прављење соларних ћелија је та што је „коефицијент оптичке апсорпције“ органских молекула висок, тако да велика количина светлости може да се апсорбује од стране мале количине материјала, обично реда величине стотина нанометара. Такође су веома флексибилни и много тањи од својих силиконских колега. Док тренутна ОПВ (Органиц Пхотоволтаиц) технологија може да се похвали ефикасношћу конверзије која прелази 10%, достижући чак 12%, неки истраживачи предвиђају да ће органске соларне ћелије постићи ефикасност од 15-20%. Такође се могу умотати, па чак и компостирати.
И иако живимо у све електронским свету,приступ овом свету је ограничен. Процењује се да 1,3 милијарде људи нема приступ електричној енергији, а многи људи се ослањају на керозин, батерије или дизел генераторе. Због јефтинијих производних трошкова, органска електроника обећава не само да ће променити начин на који људи користе технологију, већ и проширити своју употребу на становништво без приступа мрежи.
Главни недостатак органскогфотонапонске ћелије су ниске ефикасности у поређењу са неорганским фотонапонским ћелијама као што су силицијумске соларне ћелије. Али истраживања се раде како би се решио овај проблем, а сваки дан се откривају нови материјали који би могли да револуционишу индустрију соларне енергије.
Флексибилни штампани органски транзистори
Транзистори су основни грађевински блоковиблокови савремених електронских уређаја који или појачавају сигнале или делују као прекидачи. Органски транзистор са ефектом поља (ОФЕТ) је транзистор са ефектом поља који садржи проводне електроде, органски полупроводник и диелектрик. Његова посебност је у томе што користи врло мало снаге за патролирање веома велике струје и такође делује као добар прекидач. Ови транзистори се производе у штампаним колима користећи флексибилне органске боје. Посебно се води рачуна о томе да загађивачи не уђу у материјал, јер то може негативно утицати на проводљивост материјала.
Штампано коло помоћу ОФЕТ-а
Иасунори Такеда ет ал/Викимедија, лиценцирано под ЦЦ БИ 4.0
Током протеклих неколико година интересовање за ОФЕТје огромно порастао и са добрим разлогом. По својим карактеристикама, ОФЕТ може да се такмичи са аморфним силицијумом (а-Си). Као резултат тога, сада постоји повећан интерес за индустријску употребу ОФЕТ-а за апликације које су тренутно некомпатибилне са употребом а-Си или других неорганских транзисторских технологија. Једна од њихових главних технолошких предности је да се сви ОФЕТ слојеви могу депоновати и структурирати на собној температури, што их чини идеалним за реализацију јефтиних електронских уређаја велике површине на флексибилним подлогама. Силицијум мора бити загрејан до високих температура које прелазе 40°Ц да би се излио у калуп. Међутим, прерано је говорити о широкој употреби ОФЕТ-а због несавршености технологије.
Биомедицина
Још једна важна употреба органскихелектроника је медицина. На пример, за лечење слепила помоћу чипа мрежњаче који се имплантира у око. Уређај детектује светлосне сигнале који улазе у око и претвара их у електричне сигнале који се шаљу у мозак. Електроде обложене органским бојама преносе електричне сигнале до рецепторских ћелија ока.&нбсп;
Састав мора бити биокомпатибилан.Одабир правих материјала и мешавина компоненти је критичан. Управо сада, омогућио је слепим пацијентима да перципирају светлост и таму, обрисе предмета, понекад чак и слова и изразе лица. Циљ научника је да уређај не само да има високу резолуцију, већ и добре перформансе. Ово је одличан пример како технологија и медицина раде заједно на побољшању живота људи.
Будућност нове електронике
Област органске електронике у будућности ће битинастављају да се развијају на начине који се данас не могу ни замислити. Неке идеје су већ спроведене, као што су ОЛЕД паметни телефони, телевизори и јефтини соларни панели који се постављају на кровове у руралним подручјима. У будућности, склопиви паметни телефони ће постати чешћи, а, на пример, е-скин, који по својој тактилној осетљивости опонаша људску кожу, биће потребно више времена да се развије. Друга предвиђања још нису могућа, јер су апликације разноврсне и покривају многе области - медицину и биомедицинска истраживања, енергетику и животну средину, комуникације и забаву, кућни и канцеларијски намештај, одећу и личне додатке и још много тога.
Органска електроника такође можепроизводња, употреба и рециклажа електронике која је еколошки прихватљивија. Научници и инжењери траже начине да нову електронику учине енергетски ефикаснијом од данашњих дизајна заснованих на силицијуму.
Које су предности коришћења органских производа за електронску производњу?
- Нове могућности
Органски материјали су јединственисвојства која се не могу постићи електроником на бази силицијума. Њихова својства укључују осетљивост, биокомпатибилност и флексибилност. Сенсинг је употреба електронских уређаја за откривање хемијских или биолошких супстанци у животној средини или на људском телу.&нбсп;
Научници замишљају биосензоре који то не чинене само да детектују нивое глукозе код људи са дијабетесом, већ и стварно дистрибуирају одговарајућу дозу инсулина у право време. Органски електронски материјали нису само хемијски компатибилнији са биолошким системима него уређаји на бази силицијума; дају материји флексибилност, растегљивост и механичку „мекоћу“.
Заједно, ова својства стварају потенцијал за иновативне биоелектронске сензоре који могу да одговарају закривљености и покретним деловима људског тела.
- Енергетска ефикасност
Како научници и инжењери настављајупобољшају синтезу и карактеризацију органских материјала за употребу у електроници, надају се да ће употреба таквих материјала довести до стварања енергетски ефикаснијих електронских дисплеја, осветљења и других уређаја.
На пример, потребно је направити органскисоларне ћелије су ефикасније тако да се могу користити на местима као што су северна Европа и већи део Русије, где су ноћи веома дуге и постоје само кратки периоди сунчеве светлости, посебно зими.
Инжењери покушавају да направе уређаје одоргански материјали који трају дуже могу се рециклирати или можда чак и биоразградиви. Методе производње органске електронике ће такође постати енергетски ефикасније, што ће довести до мањег броја корака и мање метода поврата отпадне топлоте.
- Мање отпада, више сигурности
Употреба органских материјала застварање електронских уређаја пружа наду да ће се будуће методе производње електронике ослањати на мање сировина, а такође ће бити сигурније.
Материјали се могу уштедети ослањањем на мањерасипнички процеси као што је штампање. Материјали се додају структурама или уређајима слој по слој како се стварају, за разлику од центрифугирања, које укључује уклањање материјала и одлагање вишка.
Осим што мање користиматеријала, хемичари траже начине да користе безбедније материјале. На пример, многи полимери захтевају канцерогене раствараче. Неки растварачи нису чак ни дозвољени у штампарској индустрији у ЕУ због своје токсичности.
- Стабилна електроника
Стварање зелених електронских производа– не ради се само о стварању више „зелених“ соларних ћелија или других уређаја, већ и о коришћењу „зеленијих“ метода производње. Еколошка одрживост мора да се примењује у свакој фази производног циклуса, од набавке сировина до одлагања отпада. Органски материјали могу покренути електронику у будућност на одрживији начин него што је то могуће у данашњем електронском свету.
Коначно, зелена електроника значида је сама електроника издржљива. Свестраност органске електронике, заједно са обећањем еколошке и друштвене одрживости, указује на пут ка веома дуговечном технолошком пакету.
Ситуација на тржишту
Према Аллиед Маркет Ресеарцх, до 2027Тржиште органске електронике ће достићи 159,1 милијарду долара уз ЦАГР од 21,0%. Повећана потражња због усвајања технологија које подржавају одрживи развој и потребе за органском електроником за развој најновијих технологија подстакла је раст глобалног тржишта органске електронике. На основу материјала, сегмент полупроводника је имао највећи удео у 2019. години. На основу региона, азијско-пацифичко тржиште држало је лавовски удео у 2019.&нбсп;
Поред тога, ове недеље је објављенвелики извештај „Обим, удео, раст и&нбсп;извештај тржишта органске електронике до&нбсп;2020-2028&нбсп;”. Према њему, у предвиђеном периоду глобално тржиште органске електронике ће само расти. Овај истраживачки извештај истражује тржишни пејзаж и његове развојне изгледе у блиској будућности. Након испитивања кључних компанија, извештај се фокусира на нове учеснике који покрећу раст тржишта. Већина компанија на глобалном тржишту органске електронике тренутно прихвата нове технолошке трендове на тржишту.
На крају, истраживачи бацају светло на различите начине да идентификују предности, слабости, прилике и претње које утичу на раст глобалног тржишта органске електронике.&нбсп;
Неки од кључних играча који раде на овометржишта укључују компаније као што су Фујифилм Диматик, АУ Оптроницс, БАСФ, Баиер МатериалСциенце, Х.Ц. СТАРЦК, ДуПонт, Конинклијке Пхилипс, ЛГ Дисплаи, Сумитомо, Мерцк, АГЦ Сеими Цхемицал, Новалед, Самсунг Дисплаи, Сони, Универсал Дисплаи, Хелиатек, Евоник.
Која је суштина?
Током протеклих неколико деценија, регионОрганска електроника је очигледно направила огромне кораке: многи уређаји су већ на тржишту, а многи прототипови су у развоју. Ово поље ће наставити да расте, мењајући начин на који друштво комуницира са технологијом док се хемичари, физичари и други научници и инжењери суочавају са истраживачким изазовима. Интердисциплинарна истраживања и програми обуке који окупљају научнике и инжењере из различитих области знања, као и из различитих сектора активности (нпр. академија, индустрија, влада), допринеће заједничким напорима потребним за решавање ових проблема
Прочитајте такође
Истраживачи су први пут развили чисту енергију из графена
Трећег дана болести, већина пацијената са ЦОВИД-19 губи смрад и често пате од цурења из носа
Испоставило се да је глечер Судњег дана опаснији него што су научници мислили. Кажемо главно