2013: Научные достижения ученых физфака МГУ
"Молекулярная добавка улучшает полимеры для пластиковой электроники"

Полупроводниковые или сопряженные полимеры считают основой пластиковой электроники, из них можно сделать легкие, гибкие и полупрозрачные дисплеи, пленочные светильники, солнечные батареи, микросхемы и многое другое. Одна из ключевых проблем в органической электронике — органические материалы с хорошими полупроводниковыми свойствами. На сегодня электрические свойства полупроводниковых полимеров далеко отстают от кристаллического кремния — главного полупроводника современной электроники. Тем не менее, основная электрофизическая характеристика  полупроводника — подвижность зарядов  —  в лучших органических полупроводниках уже превосходит подвижность аморфного кремния, который применяется в каждом дисплее компьютера или мобильного телефона. Как правило, полимеры аморфны, что затрудняет движение зарядов в них, поэтому важны подходы, позволяющие повысить упорядоченность полупроводниковых полимеров.

В последних работах исследователей физфака МГУ под руководством доктора физ.-мат. наук Дмитрия Паращука показано, что полупроводниковый полимер приобретает кристаллические (а значит и структурно упорядоченные) домены при добавлении в него определенных молекул с высоким электронным сродством (электронного акцептора) [The Journal of Physical Chemistry Letters 4, p.1298, (2013)]. Для обнаружения кристалличности в тонкой полимерной пленке потребовались рентгеноструктурные измерения, проведенные немецким коллегой на синхротроне DELTA и московскими коллегами из Института кристаллографии РАН. Более того, добавка уменьшила концентрацию электронных дефектов, что было установлено с помощью ряда оптических методов, один из которых был реализован немецким коллегой из Берлина.  

Каков же механизм повышения порядка в полимере? Исследователи физфака МГУ с кафедры общей физики и волновых процессов, показали, что дело во взаимодействии добавки с пи-сопряженными электронами полимера [The Journal of Physical Chemistry C 117, p.6972, (2013)]. Молекулярная добавка (TNF) образует межмолекулярный комплекс с переносом заряда с полимером (MEH-PPV), который буквально выпрямляет цепи полимера [J. Chem. Phys. 127, p.104905, (2007)] . Причем молекулы добавки «пришиваются» к цепи полимера не случайным образом, а  доменами, так что цепи полимера в доменах напоминают бусы. Ожидается, что с помощью специальных добавок можно улучшать полупроводниковые свойства органических материалов.