Des scientifiques du Centre Skoltech pour la science et la technologie de l'énergie (CEST) et de l'Institut des problèmes de physique chimique de l'Académie des sciences de Russie ont développé une nouvelle approche pour préparer des films de fullerène semi-conducteurs minces. Le procédé permet la fabrication d'électronique organique sans utiliser de solvants organiques toxiques et de technologies de vide coûteuses, réduisant ainsi les risques environnementaux et rendant l'électronique organique plus accessible. Les résultats de leur étude ont été publiés dans le Journal de la chimie des matériaux C .

L'électronique organique fournit aux fabricants des capacités uniques inconcevables dans d'autres technologies. Le poids léger, la flexibilité et le faible coût des semi-conducteurs organiques ainsi que leurs propriétés sur mesure ouvrent de larges opportunités pour la conception de dispositifs peu coûteux et efficaces pour la technologie de l'Internet des objets (IoT), surveillance de la santé en temps réel, contrôle de la qualité des aliments et de nombreuses autres applications.

Cependant, il existe plusieurs obstacles à l'utilisation commerciale à grande échelle des semi-conducteurs organiques, en particulier les risques environnementaux associés à la production de masse d'électronique à semi-conducteur organique utilisant des techniques de revêtement et d'impression avec un grand volume de vapeurs de solvants organiques toxiques pour l'environnement rejetées dans l'atmosphère. Les méthodes de vide sont respectueuses de l'environnement mais très énergivores, ce qui entraîne des coûts de production beaucoup plus élevés et des émissions de CO plus importantes 2 et d'autres gaz à effet de serre dans la production d'énergie. Remplacer les composés organiques toxiques, comme le chloroforme, toluène ou 1, 2-dichlorobenzène, avec des solvants sûrs comme l'eau ou les alcools peut être une avancée majeure.

Une forme unique de carbone, fullerène C60, est représenté par des molécules de forme similaire à un ballon de football et possédant une richesse de propriétés remarquables, en particulier étant de bons semi-conducteurs de type n. Cependant, comme beaucoup d'autres semi-conducteurs, il est principalement soluble dans les solvants organiques toxiques (et souvent chlorés).

Plus tôt, une équipe de recherche dirigée par le professeur Skoltech Pavel Troshin a démontré que les dérivés de fullerène contenant du soufre se décomposent lorsqu'ils sont légèrement chauffés, produisant le fullerène initial. Dans leurs récents travaux, les chercheurs ont tiré parti de cette propriété pour obtenir des films de fullerène minces à partir de solutions aqueuses.

"L'objectif de notre étude était de développer une méthode de revêtement de films minces de fullerène à partir de solutions aqueuses ou alcooliques. Les dérivés de fullerène contenant du soufre avec des groupes ionogènes (amine ou carboxylique) qui sont facilement solubles dans l'eau sont particulièrement intéressants dans ce contexte. Cela signifie que l'on peut utiliser des solutions aqueuses de ces composés précurseurs comme "encre électronique" et les appliquer sur un substrat en utilisant les techniques d'impression et de revêtement existantes pour obtenir des films qui n'ont qu'à être recuits pour obtenir des films semi-conducteurs fullerènes de haute qualité, " explique le premier auteur de l'article et doctorant Skoltech, Artiom Novikov.

Les films semi-conducteurs de fullerène obtenus à partir d'un composé précurseur soluble dans l'eau ont été utilisés pour fabriquer des transistors organiques à effet de champ avec une mobilité élevée des porteurs de charge et des capteurs de gaz capables de détecter l'analyte (ammoniac) à des concentrations inférieures à 1 ppm.

Les résultats obtenus dans cette étude démontrent le grand potentiel des composés précurseurs hydrosolubles pour la production respectueuse de l'environnement de l'électronique organique.