Ultrabillig plast-elektronik på vej – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2006 > Ultrabillig plast-elek...

20. december 2006

Ultrabillig plast-elektronik på vej

Fladskærme, der kan rulles sammen og puttes i lommen, tøj med indbygget mobiltelefon og GPS, og en tyk bog bestående af én side, som indeholder hundredevis af sider. Det lyder alt sammen som fjerne fremtidsvisioner, men det kan blive hverdag om bare få år – og det vil blive ultrabilligt.

 

Forskere på Niels Bohr Instituttet og Risø har nu i samarbejde med forskere fra Schweiz, Holland og England løst det nøgleproblem, som hidtil har blokeret for mulighederne for i praksis at udvikle alle de billige elektroniske forbrugerprodukter af plastic, der i årevis har været drømt om.

”Problemet har været at finde det helt rigtige plastmateriale, som kan udvikles til elektroniske produkter. Men vi har nu – efter tre års intenst arbejde, fundet frem til en blanding af to plastmaterialer, der har alle de egenskaber, der kræves”, fortæller Dag W. Breiby, der er ph.d. i materialefysik

Udvikling med ulemper
Blandingen består af to slags plastmateriale. Det ene materiale er helt almindelig gængs plastic, som vi kender det fra plasticposer og plasticspande osv. Det andet er et elektrisk halvledende plastmateriale. Elektrisk ledende plast blev fundet i 1979 af Heeger, MacDiarmid og Shirakawa, som i år 2000 fik Nobelprisen i kemi for deres opdagelse. Siden opdagelsen har forskningen indenfor plast-elektronik været i hastig udvikling, og et af de mest succesfulde produkter har været organiske lys dioder, som bruges i blandt andet mobiltelefoner og computerskærme. 

Men egentlig plast-elektronik har det ikke ført til, og det skyldes problemer med plasten. Den ’rene’ koncentrerede halvledende plast har mange ulemper: Den er dyr, den holder ikke så godt, og så er den ikke nem at arbejde med. Ved at blande den elektrisk ledende plastic med almindelig plastic, får man mange fordele: Det bliver billigere, nemmere at arbejde med, og det bliver mere robust. Men hvordan skulle blandingen laves, og i hvilket forhold skulle man blande de to typer. Dét gik forskerne i gang med at undersøge, og de har nu fundet frem til nogle helt afgørende kriterier for at det kan virke. 
 

Gennembrud for forskningen
Den første betingelse er, at begge plast-materialer skal være krystallinske, det vil sige, at materialet danner krystaller, når det stivner. Det er helt nyt i forhold til de tidligere forsøg, man har lavet, hvor man brugte amorfe plastic-typer, altså plastic, der ikke danner krystaller, men er formløs i strukturen.

 


Her er en fladskærm, der i sandhed er flad – kun få mm tyk.

 
Og her er en bærbar computer, der kan puttes i lommen. Det er nogle af de ultra-billige plastic-elektronik produkter, der kan blive virkelighed om bare få år. 


Den næste betingelse, som man har opdaget er, at når man smelter de to typer plast sammen og køler det ned igen, så skal det gøres sådan, at dét materiale, som er ledende skal krystallisere først. ’Klumperne’ af det ledende plastmateriale rækker ud efter hinanden og skal kunne nå at komme i forbindelse med hinanden inden alting omkring dem stivner, ellers vil der ikke blive skabt de elektrisk ledende baner, og så vil det ikke virke.

Overraskende virkning
Men hvordan skulle blandingsforholdet være mellem den elektrisk ledende plast og den almindelige plast for at få en god virkning? Fordelen ved den almindelige plastic er, at den er ekstremt billig og fantastisk robust og nem at arbejde med. De gik nu i gang med en række forsøg, der skulle afklare, hvor meget ledende plast, der krævedes for en god virkning.

”Det mest overraskende er, at selv om man ’tynder’ den halvledende plast ud, så der kun er to procent i blandingen, så bliver den ikke mindre effektiv”, fortæller Dag Breiby.

Ved at bruge en speciel teknik kaldet røntgen-diffraktion, har forskerholdet, som består af nordmanden Dag W. Breiby  fra NBI, Jens W. Andreasen fra Risø og gruppeleder professor Martin M. Nielsen, NBI undersøgt molekyle-strukturen i blandingen. Deres resultater har spillet en afgørende rolle for forståelsen af de underliggende mekanismer af de fænomener, man observerede ved forsøgene. Detaljerne om, hvordan molekylerne placerede sig i forhold til hinanden er en altafgørende viden om de fysiske egenskaber i materialet.

Med det nye plastmateriale er der skabt basis for en realisering af ekstremt billige transistorer til brug-og-smid-væk elektronik.

 
 

En røntgenstråle sendes fladt ned imod en plastfilm, som rammes med en lille vinkel, hvorefter den afbøjes og rammer en detektorplade, der opfanger billedet af den spredte røntgenstråling. Intensitetsfordelingen giver forskerne et billede af, hvordan molekylerne er placeret i forhold til hinanden. Den viden fortæller om materialets fysiske egenskaber