Organik elektronik nedir?
Bu, organik materyallerin kullanıldığı bir elektronik dalıdır.
Geleneksel elektronikler sağlam temellere dayanıryarı iletkenler oluşturmak için kullanılan silikon. İnorganiktirler (yani karbon içermezler). Buna karşılık, organik elektronikler karbon bazlı molekülleri kullanır - küçük moleküller veya uzun molekül zincirleri olan polimerler. Hemen hemen tüm biyolojik moleküller organik bileşiklerdir, ancak aynı zamanda petrokimyasallar, yağlar ve plastikler gibi hidrokarbonlardan türetilen maddelerdir. Pek çok insan, polimerleri özellikle iletken olmadığını düşünebilir - örneğin, bakır telleri yalıtmak için plastik polimerler kullanılır. Ancak bazı organik polimerler ve moleküller elektriği iletebilir.
Geleneksel silikon tabanlı elektroniklerden nasıl farklılar?
Organik bileşiklerde bazıinorganik bileşiklere göre avantajları. Hafif, esnek ve şeffaftır - hepsi klasik silikon teknolojisinden önemli ölçüde farklıdır. Ayrıca üretimi daha ucuz olabilir.
Organik elektronik neden bu kadar heyecana neden oluyor?
O kadar çok organik bileşik var kiçok çeşitli fonksiyonel gruplar (kendi ayırt edici özelliklere sahip atom kümeleri). Fonksiyonel gruplar eklenerek elektronik özelliklerinin ayarlanması çok kolay hale gelir. Bazı fonksiyonel gruplar elektron çekerken bazıları elektron bağışlıyor; böylece bilim adamları bunları birleştirerek istenen özellikleri çok hassas bir şekilde ayarlayabilirler. Örneğin, ışık yayan diyotların floresansını ayarlayabilirsiniz.
Yeni bir tür elektronik nasıl ortaya çıktı?
Organik elektronik 1950'lerde başladıH. Inokuchi ve meslektaşlarının ilk iletken organik molekülü keşfettiği yıllar. Bu keşiften organik moleküllerin, silikon, germanyum ve diğer benzer elementler için yaygın olarak kullanılan bir terim olan yarı iletkenler olabileceği belirlendi. Organik yarı iletkenlerin geleneksel yarı iletkenlere göre çeşitli avantajları olduğu ortaya çıktı.
Organik yarı iletkenler
W. Helfrich ve V.G. Schneider, organik moleküllerin ışık yayabileceğini keşfetti. Antrasen molekülünde ilk kez böyle bir özellik bulundu. Tek dezavantajı, bu etkinin yüksek voltaj gerektirmesiydi, bu da keşfi ve olası ilerlemeyi son derece etkisiz hale getirdi. Daha sonra, 1980'lerde üç bilim adamı - Heeger, McDiarmid ve Shirakawa - iletken polimerler yaptılar ve bununla 2000 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü kazandılar. Birkaç yıl sonra, hala araba boyalarında kullanılan organik bir boya molekülü olan perilen tetrakarboksilik dianhidrit - PTCDA'nın yarı iletken özelliklere sahip olduğu keşfedildi.
Bir sonraki önemli dönüm noktası açılış olduorganik ışık yayan diyotlar - OLED - içlerinden elektrik akımı geçtiğinde etkili bir şekilde ışık yayan, organik bileşiklerden yapılmış yarı iletken cihazlar. Bu cihaz 1987 yılında Kodak'tan Ching Tang ve Stephen Van Slykme tarafından icat edildi. Yalnızca 5 voltla ışık yayan cihaz, görüntü sektörünü sonsuza dek değiştirdi.
Bu tür elektronikler şu anda nerede kullanılıyor ve geleceği nedir?
Profesör Andreas Hirsch'e göreAlmanya'daki Erlangen-Nürnberg'deki Friedrich-Alexander Üniversitesi Organik Kimya Bölümü, silikondan ziyade karbondan yapılan elektronikler, yeni nesil tıbbi cihazlara, sensörlere ve hatta robotlara yol açabilir.
"Çoğu insan muhtemelen kullanacakekran teknolojileri. Organik ışık yayan diyotlar (OLED'ler) artık cep telefonlarında oldukça yaygın ve onlarla TV de satın alabilirsiniz. Ancak bundan önce bile, bir tür organik elektronik olarak kabul edilebilecek sıvı kristal ekranlar (LCD'ler), yıllardır birçok uygulamada kullanılıyordu," diye açıklıyor Hirsch, Horizon'dan Richard Gray ile yaptığı röportajda.
"50 yıl içinde ikna oldumorganik görünen, metal tabanlı robotların yapamadığı işlevleri yerine getirebilen daha birçok robot göreceksiniz ”diyor bilim insanı.
Organik elektroniğin uygulama spektrumu
Organik elektroniğin geniş bir kullanım alanı vardır. Bunlardan dördü en umut verici olarak adlandırılabilir: ekranlar, fotovoltaik ve transistör teknolojileri ve biyotıp.
Görüntüler
OLED (Organik Işık Yayan Diyotlar) —Ching Tang ve Stephen Van Slyke tarafından geliştirilen öncü bir teknolojidir. OLED'ler, arka ışık kullanmak yerine kendi ışığını üretmek için fosforesans özelliğini kullanan organik bir filmden oluşur. Fosforesans, elektronların uzun süre uyarılmasından kaynaklanan emisyondur. Karanlıkta parlayan kol saatlerinde ve kadranlarda bunu fark etmiş olabilirsiniz.
Namsan Seul Kulesi 1F— OLED Tüneli
Fosforesans, özel bir fotolüminesans türüdür. Floresan bir maddenin aksine, fosforlu bir madde emilen enerjiyi hemen yaymaz. Daha uzun yeniden yayım süreleri, kuantum mekaniğindeki "yasaklı" enerji geçişleriyle ilişkilidir.
OLED operasyonu oldukça basittir. Organik bir film iki katmandan oluşur: yayan ve iletken. İki katman arasındaki sınırda delikler var. Yayan katman elektron yayar ve elektronların ve deliklerin rekombinasyonu ışığı oluşturan fotonların oluşumuyla sonuçlanır.
Temel olarak iki tür OLED vardır - pasif ve aktif matris.
- Pasif matris OLED (PMOLED) çizgilikatot ve anot şeritleri birbirine dik olarak yerleştirilmiştir. Kesişimler ve ışığın yayıldığı pikselleri oluşturur. Harici devreler, hangi piksellerin açık ve hangilerinin kapalı kalacağını belirleyerek anot ve katodun seçilen şeritlerine akım sağlar. Parlaklık, uygulanan akımın büyüklüğüne bağlıdır. Dezavantajları, çok fazla güç tüketmeleri ve bu nedenle PDA'lar (Kişisel Dijital Asistan) ve MP3 çalarlar gibi küçük ekranlarda kullanılmasıdır.
- İkinci tip OLED, aktif matris OLED'dir(AMOLED). AMOLED'lerde ayrıca tam katot, organik malzeme ve anot katmanları bulunur, ancak anot katmanı ince film transistör (TFT) dizisinin matrisiyle örtüşür. TFT dizisi, bir görüntü oluşturmak için hangi piksellerin açıldığını belirleyen bir devredir.
AMOLED'ler, daha az güç tüketir.PMOLED, çünkü TFT dizisi harici devrelerden daha az güç gerektirir. Sonuç olarak, bilgisayar monitörleri, televizyonlar ve elektronik reklam panoları gibi büyük ekranlar için uygundurlar.
Buna karşılık, OLED LED'lerin birçok özelliği varLCD'lere (sıvı kristal ekranlar) göre avantajları. Geleneksel LCD ekranlar birçok parçadan oluşur. Sıvı kristallerin kendi arka ışığı yoktur, dolayısıyla bir arka ışık kullanırlar. Ayrıca Ekran tasarımlarında parlaklığı artırmak için reflektör tabakaları, ışığı eşit bir şekilde ayırıp dağıtmak için difüzör tabakaları, bir alt polarizör ve bir üst polarizör, renkli ışık oluşturmak için bir renk filtresi ve elbette temel unsurlar olan sıvı kristaller bulunur. Bu, ekranın kalınlığını önemli ölçüde artırır.
Kuantum Işık Yayan Diyotlar (QLED) - Diğeryön. Polarizörler ve renk filtreleri içerirler. Ayrıca bir arka ışığa da ihtiyaçları var çünkü kuantum noktaları kendi ışıklarını yayamıyor. Sonuç olarak bu ekranlar çok kalın hale gelir. OLED LED'ler şıktır, QLED'lere göre daha fazla mutlak siyah üretir ve her piksel ayrı ayrı aydınlatıldığı için loş ışıkta daha iyi performans gösterir. OLED ekranlar çok ince olabiliyor. Yine de çoğu şirket ve tüketici, akıllı telefonları için OLED ekranları tercih ediyor.
Fotovoltaik uygulamalar
Organik fotovoltaik cihazlarçoğunlukla organik güneş pilleri. Polimerler genellikle fotovoltaik malzeme olarak kullanılır. Güneş pilleri yapmak için organik malzemeler kullanmanın ana avantajlarından biri, organik moleküllerin "optik soğurma katsayısının" yüksek olmasıdır, bu nedenle büyük miktarda ışık, genellikle yüzlerce nanometre düzeyinde az miktarda malzeme tarafından emilebilir. Aynı zamanda çok esnektirler ve silikon muadillerine göre çok daha incedirler. Mevcut OPV (Organik Fotovoltaik) teknolojisi% 10'un üzerinde dönüşüm verimliliğine sahipken,% 12'ye bile ulaşırken, bazı araştırmacılar organik güneş pillerinin% 15-20 verimlilik elde edeceğini tahmin ediyor. Ayrıca rulo haline getirilebilir ve hatta kompost haline getirilebilirler.
Giderek elektronik bir dünyada yaşıyor olsak da,bu dünyaya erişim sınırlıdır. Tahminen 1,3 milyar insan elektriğe erişimden yoksun ve çoğu gazyağı, pil veya dizel jeneratörlere güveniyor. Daha ucuz üretim maliyetleri nedeniyle, organik elektronik yalnızca insanların teknolojiyi kullanma şeklini değiştirmeyi değil, aynı zamanda kullanımlarını şebekeye erişimi olmayan nüfuslara genişletmeyi vaat ediyor.
Organik ürünün ana dezavantajıfotovoltaik hücreler, silikon güneş pilleri gibi inorganik fotovoltaik hücrelere kıyasla düşük verimliliktedir. Ancak bu sorunu çözmek için araştırmalar yapılıyor ve her gün güneş enerjisi endüstrisinde devrim yaratabilecek yeni malzemeler keşfediliyor.
Esnek Baskılı Organik Transistörler
Transistörler temel yapı taşlarıdırSinyalleri yükselten veya anahtar görevi gören modern elektronik cihaz blokları. Organik alan etkili bir transistör (OFET), iletken elektrotlar, organik bir yarı iletken ve bir dielektrik içeren alan etkili bir transistördür. Tuhaflığı, çok yüksek bir akımı devriye etmek için çok az güç kullanması ve aynı zamanda iyi bir anahtar görevi görmesidir. Bu transistörler, esnek organik boyalar kullanılarak baskılı devrelerde üretilir. Malzemenin iletkenliğini olumsuz etkileyebileceğinden, malzemeye herhangi bir kirletici girmemesine özen gösterilmektedir.
OFET kullanarak baskılı devre
Yasunori Takeda ve diğerleri/Wikimedia, CC BY 4.0 kapsamında lisanslanmıştır
Son birkaç yıldır OFET'e olan ilgimuazzam bir şekilde büyüdü ve bunun iyi bir nedeni var. OFET, özellikleri açısından amorf silikon (a-Si) ile rekabet edebilir. Sonuç olarak, a-Si veya diğer inorganik transistör teknolojilerinin kullanımıyla şu anda uyumlu olmayan uygulamalar için OFET'lerin endüstriyel kullanımına artık artan bir ilgi var. Başlıca teknolojik avantajlarından biri, tüm OFET katmanlarının oda sıcaklığında biriktirilip yapılandırılabilmesidir; bu da onları esnek alt tabakalar üzerinde düşük maliyetli, geniş alanlı elektronik cihazların gerçekleştirilmesi için ideal kılar. Silikonun kalıba dökülebilmesi için 40°C'yi aşan yüksek sıcaklıklara ısıtılması gerekir. Ancak teknolojinin yetersizliği nedeniyle OFET'in yaygın kullanımından bahsetmek için henüz çok erken.
Biyotıp
Organiklerin bir diğer önemli kullanımıelektronik tıptır. Örneğin, göze yerleştirilen bir retina çipi kullanılarak körlüğün tedavi edilmesi. Cihaz göze giren ışık sinyallerini algılayarak bunları elektrik sinyallerine dönüştürerek beyne gönderiyor. Organik boyalarla kaplanan elektrotlar, elektrik sinyallerini gözün reseptör hücrelerine iletir.
Bileşim biyolojik olarak uyumlu olmalıdır. Doğru malzemelerin seçimi ve bileşenlerin karışımı çok önemlidir. Şu anda, kör hastaların ışığı ve karanlığı, nesnelerin ana hatlarını, hatta bazen harfleri ve yüz ifadelerini algılamasına izin verdi. Bilim adamlarının amacı, cihazın sadece yüksek çözünürlüğe sahip olması değil, aynı zamanda iyi bir performansa sahip olmasıdır. Bu, insanların yaşamlarını iyileştirmek için teknoloji ve tıbbın birlikte nasıl çalıştığına dair harika bir örnek.
Yeni elektroniğin geleceği
Gelecekte organik elektronik alanı olacakbugün hayal bile edilemeyecek şekillerde gelişmeye devam edin. Kırsal alanlardaki çatılara kurulan OLED akıllı telefonlar, televizyonlar ve ucuz güneş panelleri gibi bazı fikirler halihazırda uygulanmıştır. Gelecekte, katlanabilir akıllı telefonlar daha yaygın hale gelecek ve örneğin dokunsal hassasiyetiyle insan cildini taklit eden e-ten'in geliştirilmesi daha uzun sürecektir. Uygulama olanakları çok çeşitli olduğundan ve tıp ve biyomedikal araştırmalar, enerji ve çevre, iletişim ve eğlence, ev ve ofis mobilyaları, giyim ve kişisel aksesuarlar ve çok daha fazlası gibi birçok alanı kapsadığından başka tahminler henüz yapılamaz.
Organik elektronik de yapabilirElektroniklerin daha çevre dostu olarak üretilmesi, kullanılması ve geri dönüştürülmesi. Bilim adamları ve mühendisler, yeni elektronikleri günümüzün silikon bazlı tasarımlarından daha fazla enerji verimli hale getirmenin yollarını arıyorlar.
Elektronik üretim için organik kullanmanın faydaları nelerdir?
- Yeni fırsatlar
Organik materyallerin kendine has özellikleri vardır.silikon bazlı elektroniklerle elde edilemeyen özellikler. Özellikleri arasında hassasiyet, biyouyumluluk ve esneklik yer alır. Algılama, çevredeki veya insan vücudundaki kimyasal veya biyolojik maddelerin tespit edilmesi için elektronik cihazların kullanılmasıdır.
Bilim insanları bunu yapmayan biyosensörler tasarlıyorSadece diyabetli kişilerde glikoz seviyelerini tespit etmekle kalmıyor, aynı zamanda uygun dozda insülini doğru zamanda dağıtıyor. Organik elektronik malzemeler biyolojik sistemlerle kimyasal olarak silikon bazlı cihazlara göre daha uyumlu olmakla kalmıyor; maddeye esneklik, uzayabilirlik ve mekanik “yumuşaklık” kazandırırlar.
Bu özellikler birlikte, insan vücudunun eğriliği ve hareketli kısımlarına uyan yenilikçi biyoelektronik sensörler için potansiyel yaratır.
- Enerji verimliliği
Bilim adamları ve mühendisler devam ettikçeElektronikte kullanılmak üzere organik malzemelerin sentezini ve karakterizasyonunu geliştirerek, bu tür malzemelerin kullanımının enerji açısından daha verimli elektronik ekranlar, aydınlatma ve diğer cihazlara yol açacağını umuyorlar.
Mesela organik yapmak lazımGüneş pilleri daha verimli olduğundan Kuzey Avrupa ve Rusya'nın büyük bir kısmı gibi gecelerin çok uzun olduğu ve özellikle kış aylarında güneş ışığının yalnızca kısa olduğu yerlerde kullanılabilirler.
Mühendisler şuradan cihazlar oluşturmaya çalışıyordaha uzun süre dayanan organik malzemeler geri dönüştürülebilir veya hatta biyolojik olarak parçalanabilir. Organik elektronik üretim yöntemleri de enerji açısından daha verimli hale gelecek ve daha az adım ve daha az atık ısı geri kazanım yöntemine yol açacaktır.
- Daha az atık, daha fazla güvenlik
Organik malzemeleri kullanmakElektronik cihazların yaratılması, gelecekteki elektronik üretim yöntemlerinin daha az hammaddeye dayanacağı ve daha güvenli olacağı umudunu veriyor.
Daha azına güvenerek malzemelerden tasarruf edilebilirYazdırma gibi israfa yol açan işlemler. Malzemelerin çıkarılmasını ve fazlalığın atılmasını içeren santrifüjlemenin aksine, malzemeler yapılara veya cihazlara, oluşturuldukça katman katman eklenir.
Daha az kullanmanın yanı sıramalzemeler, kimyagerler daha güvenli malzemeler kullanmanın yollarını arıyor. Örneğin, birçok polimer kanserojen çözücüler gerektirir. AB'de bazı solventlere toksisiteleri nedeniyle baskı endüstrisinde bile izin verilmiyor.
- Kararlı elektronik
Daha çevreci elektronik ürünler yaratmakBu sadece daha "yeşil" güneş panelleri veya başka cihazlar yaratmakla değil, aynı zamanda daha "yeşil" üretim yöntemlerini kullanmakla da ilgilidir. Çevresel sürdürülebilirlik, hammadde alımından atıkların bertarafına kadar üretim döngüsünün her aşamasında uygulanmalıdır. Organik malzemeler, elektroniği geleceğe günümüzün elektronik dünyasında mümkün olandan daha sürdürülebilir bir şekilde ilerletebilir.
Son olarak, "yeşil elektronik",elektroniklerin kendilerinin dayanıklı olduğunu. Organik elektroniğin çok yönlülüğü, alanın çevresel ve sosyal sürdürülebilirlik vaadi ile birleştiğinde, çok uzun ömürlü bir teknoloji paketine giden yolu işaret ediyor.
Pazar durumu
Allied Market Research'e göre 2027 yılına kadarOrganik elektronik pazarı %21,0 yıllık bileşik büyüme oranıyla 159,1 milyar dolara ulaşacak. Sürdürülebilir kalkınmayı destekleyen teknolojilerin benimsenmesi ve en son teknolojilerin geliştirilmesi için organik elektroniklere duyulan ihtiyaç nedeniyle artan talep, küresel organik elektronik pazarının büyümesini tetikledi. Malzemelere bakıldığında yarı iletken segmenti 2019 yılında en büyük payı aldı. Bölge bazında Asya Pasifik pazarı 2019'da aslan payını aldı.
Ayrıca bu hafta yayınlandıbüyük rapor "Organik elektronik pazar hacmi, payı, büyümesi ve 2020-2028 'ye kadar rapor". Buna göre, tahmin döneminde küresel organik elektronik pazarı yalnızca büyüyecek. Bu araştırma raporu pazarın durumunu ve yakın gelecekteki gelişme beklentilerini inceliyor. Rapor, kilit şirketleri inceledikten sonra pazarın büyümesine yön veren yeni girenlere odaklanıyor. Küresel organik elektronik pazarındaki çoğu şirket şu anda pazardaki yeni teknolojik trendleri benimsiyor.
Son olarak araştırmacılar, küresel Organik Elektronik Pazarının büyümesini etkileyen güçlü yönleri, zayıf yönleri, fırsatları ve tehditleri belirlemenin çeşitli yollarına ışık tutuyor.
Bunun üzerinde çalışan kilit oyunculardan bazılarıpazar Fujifilm Dimatix, AU Optronics, BASF, Bayer MaterialScience, H.C. STARCK, DuPont, Koninklijke Philips, LG Ekran, Sumitomo, Merck, AGC Seimi Chemical, Novaled, Samsung Ekran, Sony, Evrensel Ekran, Heliatek, Evonik.
Sonuç nedir?
Son birkaç on yılda bölgeorganik elektronik açıkça muazzam adımlar attı: birçok cihaz zaten piyasada ve birçok prototip hazırlanıyor. Kimyagerler, fizikçiler ve diğer bilim adamları ve mühendisler araştırma zorluklarıyla uğraşırken, bu alan büyümeye devam edecek ve toplumun teknolojiyle etkileşim şeklini değiştirecek. Farklı bilgi alanlarından ve farklı faaliyet sektörlerinden (örneğin akademi, endüstri, hükümet) bilim adamlarını ve mühendisleri bir araya getiren disiplinler arası araştırma ve eğitim programları, bu zorlukların üstesinden gelmek için gereken işbirliği çabalarına katkıda bulunacaktır.
Ayrıca okuyun
Araştırmacılar ilk kez grafenden temiz enerji geliştirdiler
Hastalığın 3. gününde, COVID-19 hastalarının çoğu koku alma duyusunu kaybeder ve sıklıkla burun akıntısı çekerler
Kıyamet buzulu bilim adamlarının sandığından daha tehlikeli çıktı. Ana şeyi söyleriz