Химики получили полупроводник для оптоэлектроники из грибов

Хлороцибория сине-зеленоватая (Chlorociboria aeruginascens)

Jymm / Wikimedia commons

Американские химики получили органическую полупроводниковую пленку из сине-зеленого пигмента, выделенного из аскомицетных грибов. Оптические свойства и электропроводность делают эту пленку перспективным материалом для создания оптоэлектронных устройств, пишут ученые в MRS Advances.

Если сейчас большинство пигментов для различных красок получают с помощью химического синтеза, то раньше для них использовались в основном красители естественного происхождения. Источником значительной части природных красителей являются минералы, но некоторые из них могут также добываться, например, из растений или грибов. Красящими компонентами в таком случае становятся органические молекулы с ароматическими элементами в структуре, которые поглощают часть излучения в видимом диапазоне спектра и приобретают таким образом цвет. Сейчас, в связи с активным развитием «зеленой химии» и стремлением снизить экологическую нагрузку со стороны химической промышленности, ученые пытаются частично вернуться к использованию материалов природного происхождения. При этом природные органические пигменты предлагают использовать не только как красители, но и, например, в качестве компонентов электронных устройств.

Группа химиков из Университета штата Орегон под руководством Оксаны Островерховой (Oksana Ostroverkhova) предложила использовать подобным образом сине-зеленый пигмент ксилиндеин, который выделяют из двух видов аскомицетных грибов рода хлороциборий: хлороцибории сине-зеленой (Chlorociboria aeruginosa) и хлороцибории сине-зеленоватой (Chlorociboria aeruginascens). Ксилиндеин — органический пигмент с хиноновой структурой, который раньше использовали для создания сине-зеленого красителя для деревянных материалов, устойчивого к воздействию солнечного света и перепаду температур.

Исследователи использовали это вещество в качестве компонента оптоэлектронных устройств, который поглощает свет в видимом диапазоне спектра. При этом для повышения устойчивости материала ксилиндеин, выделенный из грибов, выращенных в лабораторных условиях, химики смешали с полиметилметакрилатом.

Оказалось, что если из такой смеси осадить пористую аморфную пленку на поверхность электродов, то она будет не только поглощать свет в видимой области, но еще и проводить электрический ток при приложении напряжения. Поскольку максимальное поглощение света происходит при длине волны около 670 нанометров, то для измерения фототока ученые использовали гелий-неоновый лазер с близкой длиной волны — 633 нанометра. Авторы работы отмечают, что при небольших напряжениях зависимость тока от напряжения в таких пленках имеет линейный характер, однако при напряжении примерно в 120 вольт становится квадратичной. При этом подвижность носителей заряда в таких пленках составила около 10-3 квадратных сантиметров в секунду при напряжении в один вольт.

Ученые отмечают, что проводимость в пленках ксилиндеина возникает за счет образования водородных связей и стэкинга — формирования стопок из плоских ароматических молекул из-за взаимодействия π-орбиталей атомов соседних молекул. Что интересно, добавление полиметилметакрилата при этом снижает скорость рекомбинации носителей заряда и примерно в два раза повышает эффективность материала по сравнению с пленками из чистого пигмента. Точный механизм этого явления авторы планируют изучить в дальнейших работах.

По словам ученых, предложенный материал они не рассматривают в качестве возможной замены, например, кремнию, однако устойчивость подобных органических полупроводниковых материалов и возможность получения из них гибких пленок делает ксилиндеин перспективным в качестве компонента носимых электронных устройств.

Возможность образования стопок из молекул по аналогичному механизму может приводить не только к увеличению электропроводности, но и повышает теплопроводность. Так, недавно именно этот эффект помог химикам впервые получить полимерный материал, который способен эффективно проводить тепло во всех направлениях примерно на порядок лучше традиционных полимеров.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.