ТЕГИ
Химия синтез новых материалов, органическая электроника полиэтилендиокситиофен
Электронику можно будет печатать из растворов функциональных чернил Сергей Анатольевич Пономаренко — доктор химических наук, заведующий лабораторией функциональных материалов для органической электроники и фотоники Института синтетических полимерных материалов. лабораторией функциональных материалов для органической электроники и фотоники Института синтетических полимерных материалов. Содержание беседы, многие знают электронику, которая основана на кремнии или других неорганических полупроводниках или проводниковых материалах. При этом есть так называемые органические материалы, состоящие из углерода, водорода, азота, кислорода и других элементов, которые составляют органический мир.
Диэлектрики материалы
Материалы являются диэлектриками и широко используются и в обычной электронике именно в этом качестве. Но некоторое время назад ученые открыли, что ряд органических соединений обладает также и полупроводниковыми или проводниковыми свойствами. Если быть совсем точным, то органические полупроводники были открыты еще в 40-х годах прошлого века, но результаты этого открытия стали широко применять существенно позже.
Группа ученых, два американца и один японец — Хигер, Мак-Диармид и Сиракава — стали изучать свойства полиацетилена. Это полимер, состоящий из сопряженных ацетиленовых звеньев, который при этом обладает металлическим блеском. Полимер, а блестит! Ученые этим фактом очень заинтересовались, стали изучать его электрические свойства, и оказалось, что его можно еще дополнительно допировать йодом, то есть окислить с образованием некоторого соединения с йодом, и проводимость при этом возрастает на 10 порядков и достигает, практически, проводимости металлов. В 2000-м году Хигер, Мак-Диармид и Сиракава за свое открытие получили Нобелевскую премию по химии. В последнее время Нобелевские премии присуждаются именно за те открытия, которые сильно влияют на нашу жизнь или в будущем повлияют, это не чистая наука.
Полимерный полупроводник
Направление в исследованиях стало очень быстро развиваться. Ученые поняли, что есть особый класс органических материалов, которые могут быть не только диэлектриками, но и полупроводниками, и даже проводниками. Затем произошло несколько других важных открытий — с использованием некоторых сопряженных полимеров удалось получить очень интересные устройства. В частности, на полимерах был продемонстрирован так называемый полимерный светоизлучащий диод. Это устройство, которое используется для получения света того или иного цвета, при этом функциональный материал — то, что дает свечение — является полимерным полупроводником.
Движущей идеей развития органической электроники является то, что, в конце концов, электронику можно будет печатать из растворов функциональных чернил: диэлектрика, полимерного проводника и полимерного полупроводника. Поскольку печатные методы хорошо развиты, а в настоящее время газеты печатаются, скажем, сотнями метров в секунду, и если можно будет печатать таким образом электронику, то она будет очень дешевая. Чем отличаются органические светоизлучающие диоды, что в них такого особенного? Если мы возьмем обычные источники освещения, которые мы в настоящее время используем — лампочка или даже неорганический светодиод, или флуоресцентная лампа — это все так называемые точечные источники – т.е. у всех у них есть центр, из которого они светятся.
Органическая электроника
А в случае с органической электроникой – это не так. Мы берем, печатаем пластинку нужных размеров и формы, и вся она светится равномерно.
Принципиально новая область применения. Комнату можно будет освещать просто тем, что при включении света будут светиться, например, занавески, обои, стены, потолки. Пока это очень дорого, но любая новая технология очень дорога. Когда начинались сотовые телефоны, кто ими пользовался? Только очень богатые люди,п ользуются все.
Экономическая составляющая, остаются и технологические преграды. Дело в том, что у устройства на основе органической электроники, у того же светоизлучающего диода, есть проблемы со стабильностью по сравнению с обычной электроникой. Эти проблемы связаны с разными аспектами: и с внутренними свойствами органических веществ, на которые подают электрический ток, и с тем, что там используют электроды с малой работой выхода, например, кальциевые электроды — а кальций окисляется под действием воздуха. То есть здесь нужно делать очень эффективные барьерные защитные пленки.
Органическая электроника — это такая междисциплинарная наука, она включает в себя и химию это синтез новых материалов, и физику изучение их свойств, и физическую химию то, как эти материалы ведут себя при нагревании, при подаче электрического тока, что там, на границе раздела фаз, происходит, и работу инженеров, которые проектируют эти устройства, измеряют их свойства. И прогресс идет по всем направлениям.
Новые проводники
Появляются новые структуры — новые полимеры, новые низкомолекулярные органические полупроводники, которые, например, более эффективно поглощают свет, или проявляют большую подвижность носителей заряда, или обладают рядом других ценных свойств. Появляются какие-то новые конструктивные решения, каким образом лучше сделать устройство, чтобы оно было более эффективным. Появляются и новые проводники, например, вместо неорганических проводников все больше начинают применять органические полупроводники. Пытаются также использовать гибридные материалы, например, в органические полупроводники вводят неорганические люминофоры, например, так называемые квантовые точки. Финансирование науки в России ощутимо увеличилось
Полиэтилендиокситиофен органический проводник, синтетический металл
Я пришел в органическую электронику лет десять назад, когда поехал работать пост.доком в Германию, в немецкий концерн Bayer. Когда меня туда приглашали, они не говорили, чем я буду заниматься. Производим органический проводник, синтетический металл — полиэтилендиокситиофен, который в настоящее время, кстати, широко представлен на рынке, но хотим еще заняться полупроводниками. Там я синтезировал ряд органических полупроводниковых соединений, и мы сотрудничали с Philips и с Infinion, которые делали из них устройства.
Закончилась моя работа в Германии, я вернулся в Москву, в Институт синтетических полимерных материалов, и мне была предоставлена возможность создать свою группу, которая бы развивала это направление, которого в России у нас на тот момент практически не было. Задача институтов Российской Академии наук — заниматься фундаментальной наукой. Поэтому мы начали синтезировать новые структуры из органических люминофоров, получили ряд новых молекул и, изучая их, открыли некоторые интересные фундаментальные эффекты. А финансировалось все это Российским фондом фундаментальных исследований.
Позже появилось финансирование от Министерства науки — по Госконтрактам. Было и финансирование со стороны моих бывших коллег из Германии, мы до сих пор продолжаем с ними сотрудничать. Выполняли для них работы по заказу: синтезировали молекулы и отдавали им для исследования свойств. И это сильно помогало в работе. Потому что, зачастую, российское финансирование остается очень нерегулярным, его практически нет в начале года, оно появляется ближе к концу. А когда у вас есть постоянный партнер за границей, который вам регулярно платит за выполненные работы, это очень помогает. Хотя при этом я могу сказать, что финансирование науки в России ощутимо увеличилось за последние годы.
Налоги, которые мы платили с договора с иностранной фирмой, полностью перекрывали зарплату, больше желающих поступить в аспирантуру, чем мы можем принять. Это связано и с тем, что науку стали больше поддерживать. Главной проблемой науки остается бюрократия Давно уже президент обещал раздать пять тысяч сертификатов на квартиры молодым ученым. Обещано это было в 2009 году, с тех пор выдали только 500 штук. А в этом году Медведев встретился с учеными, этот вопрос снова подняли, и выдача сертификатов продолжилась.
Закупать реактивы, лабораторное оборудование
Несколько моих бывших аспирантов, а теперь – научных сотрудников, получили такие сертификаты. Но главной проблемой страны в целом и, соответственно, Академии наук остается бюрократия. И отсутствие финансирования порой — это тоже проявление бюрократии. Наши ведомства, через которые все деньги проходят, постоянно все согласовывают с кем-то. Химики, нам надо закупать реактивы, какое-то оборудование, и это все должно происходить регулярно. Иначе ты придумал, что надо сделать новую реакцию, а реакция не идет, скажем. Можно бы взять новый реактив, но как его купить, если деньги по гранту еще не пришли?
Мы, в основном, закупаем импортные реактивы. К сожалению, у нас в стране мало что производят из органических реактивов: может, растворители только какие-то. Напрямую мы, опять же, не можем ничего закупать, поскольку мы как государственная структура и не имеем права закупать материалы за границей, мы покупаем их у посредников — у тех, которые ввозят их в Россию. И получается где-то в полтора-два раза дороже, чем это стоит нашим иностранным коллегам. И после этого мы говорим о конкурентоспособности нашей науки.
