חומרים אי-אורגניים, כגון סיליקון, אומנם מהירים ויציבים, אולם הם אינם ניתנים לקיפול, ועל-כן, החיפוש אחר מוליכים-למחצה אורגניים יציבים ומהירים עדיין בעיצומו
| גביש בודד של חומר מוליך למחצה אורגני באור מקוטב. הוא מהיר יותר פי שניים מאשר החומר האורגני שממנו נגזר. אורכם של הקוים הלבנים המשמשים כקנה מידה – 10 מיקרון. איור: אןניברסיטת סטנפורד |
במוליכים-למחצה אורגניים טמונה הבטחה אדירה לשימושם בצגי מסך שטוחים וגמישים – דמיינו מכשיר אייפוד שאותו תוכלו לקפל כמו דף – אולם הם עדיין לא הגיעו למהירות פיתוח הדרושה לקבלת צגי מסך באיכות גבוהה. חומרים אי-אורגניים, כגון סיליקון, אומנם מהירים ויציבים, אולם הם אינם ניתנים לקיפול, ועל-כן, החיפוש אחר מוליכים-למחצה אורגניים יציבים ומהירים עדיין בעיצומו.
כעת, צוות מחקר בראשות חוקרים מאוניברסיטאות סטנפורד והרווארד הצליח לפתח חומר מוליך-למחצה אורגני חדש שהינו המהיר ביותר הידוע עד כה. המדענים גם הצליחו להאיץ את תהליך הפיתוח באמצעות שימוש בגישת חיזוי שחסכה חודשים רבים – ואולי אפילו שנים – מציר הזמן הרגיל. ברוב המקרים, פיתוח של חומר אורגני לשימוש כרכיב אלקטרוני מחייב השקעת זמן מרובה ודומה לתהליך של פגיעה-או-החטאה, מגבלה הדורשת מהחוקרים לסנתז מספר גדול של חומרים מועמדים ובשלב הבא לבדוק את יעילותם. צוות החוקרים החליט להשתמש בגישת חיזוי חישובית על מנת לצמצם באופן משמעותי את שלל החומרים המועמדים עוד לפני בזבוז זמן ומאמץ להכנתם.
"הסינתזה של חלק מתרכובות אלו הייתה עשויה להימשך מספר שנים," אמר Anatoliy Sokolov, חוקר במחלקה להנדסת כימיה באוניברסיטת סטנפורד, אשר היה אחראי לסינתזה של החומר שהצוות בחר בו בסופו של דבר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Nature Communications.
החוקרים השתמשו בחומר הידוע בשם DNTT, אשר הודגם כבר ככזה המתפקד כמוליך-למחצה אורגני יעיל כנקודת ההתחלה שלהם, ואז הם בחנו מספר תרכובות בעלות תכונות כימיות ואלקטרוניות שסביר להניח ויגבירו את הביצועים של חומר זה. בסיומו של התהליך, החוקרים מצאו שבעה מועמדים מבטיחים.
מוליכים למחצה הם חומרים המסוגלים להעביר מטען חשמלי מנקודה אחת לשנייה מהר במיוחד. מידת יעילותו של החומר בביצוע משימה זו נקבעת ע"י מהירות כניסתו של המטען לחומר ומידת הקלות בה מטען זה יכול לעבור ממולקולה אחת לשנייה, בתוך החומר עצמו.
ע"י השימוש בתכונות הכימיות והמבניות הצפויות של החומרים שהוכנו, צוות המחקר חזה כי שניים משבעת המועמדים יהיו מסוגלים לקלוט מטען חשמלי בקלות הגדולה ביותר. בשלב הבא, הם חישבו ומצאו כי אחת משתי תרכובות אלו תהיה הרבה יותר מהירה בהעברת מטען זה ממולקולה אחת לשנייה, וכך תרכובת זו הפכה לבחירה הסופית שלהם. מתוך החישובים, החוקרים חזו כי החומר החדש יהיה כפליים מהיר יותר מחומר המוצא.
החוקר הראשי מסביר כי לקח להם שנה וחצי על מנת לשפר את הסינתזה של התרכובת החדשה ולהכין כמות מספקת ממנה. "הניצולת הסופית של הסינתזה הייתה כשלושה אחוזים בלבד, ועדיין היינו צריכים עוד לטהר אותה." לשם השוואה, החומר החדש מהיר פי שלושים מהסיליקון המשמש היום בצגי מסך מסוג גביש נוזלי במוצרים כגון מסכי טלוויזיה שטוחים או צגי מחשב שטוחים.
"היה לוקח לנו מספר שנים הן לסנתז והן לאפיין את כל שבע התרכובות המועמדות. באמצעות גישה זו, יכולנו להתמקד במועמד המבטיח ביותר ובעל הביצועים הטובים ביותר, על סמך התחזית התיאורטית," מסביר אחד מהחוקרים השותפים להישג. החוקרים מקווים כי גישתם תוכל לשמש כתוכנית פעולה עבור קבוצות מחקר אחרות המנסות למצוא חומרים טובים יותר שיוכלו לשמש כמוליכים-למחצה אורגניים. החוקרים כבר משתוקקים ליישם את השיטה שלהם לשם הפיתוח של חומרים חדשים ויעילים שיוכלו לשמש בתאים סולאריים אורגניים.
"בתחום של אנרגיה מתחדשת, אין לנו את הזמן הנדרש לסינתזה של כל המועמדים האפשריים, ואנו צריכים גישה תיאורטית שתוכל להשלים את הגישה הסינתטית על מנת להאיץ את גילוי החומרים," מסביר אחד מהחוקרים.
הידיעה על המחקר
| {loadposition content-related} |
