Forskare med mer än 140 patent avslöjar naturlig princip som hjälper till att skapa OLED

(Dan Tri) – Från fotosyntes till kvantsensorer visar organiska halvledares resa hur naturen inspirerar tekniska framsteg.

Professor Sir Richard Henry Friend, ordförande för VinFuture-prisrådet, hade ett akademiskt utbyte med studenter vid Hanois vetenskapliga och tekniska universitet inom ramen för den vetenskapliga workshopen "Innovation och organiska halvledare".

Här delar han med sig av sin resa under mer än tre decenniers forskning inom organisk elektronik och varför detta område öppnar upp en ny riktning för materialvetenskap.

Professor Sir Richard Henry Friend delar med sig till studenter vid Hanois universitet för vetenskap och teknik (Foto: Media Center).

Upptäcktsresan för organiska halvledare

I början av sitt föredrag berättade professor Friend om sin årtionden långa forskningsresa med organiska halvledare. Han betonade att vetenskap alltid är ett område fullt av överraskningar och aldrig slutar med några sidor i en lärobok.

”Vetenskapens värld är alltid full av överraskningar. Ibland när man läser läroböcker tror man att allt är löst, men i verkligheten är det bara fiktion. När man kliver in i labbet kommer man att se att det fortfarande finns otaliga saker att lära sig”, delade professorn.

Enligt professor Friend var en av de viktiga milstolparna den artikel som publicerades för 35 år sedan i tidskriften Nature, vilken lade grunden för området organiska lysdioder.

Från den grunden har forskargrupper runt om i världen gradvis förvandlat idén att använda organiska molekyler som ljuskällor till OLED-skärmteknik som dyker upp i otaliga smartphones och TV-apparater idag.

”När du slår på din smartphone kommer ljuset du ser från små dioder, inte gjorda av kisel eller gallium, utan från organiska molekyler. Det var en stor överraskning, eftersom vi normalt inte tänker på organiska molekyler som halvledare”, förklarar han.

Utifrån sina observationer av livet relaterade professor Friend till naturen. Löv är gröna eftersom de absorberar solljus och omvandlar det till kemisk energi. Vid fotosyntes, när en foton absorberas, avlägsnas en elektron från sin ursprungliga position och ett hål uppstår.

Enligt honom är det prototypen för en elektronisk apparat, den minsta solcellen i naturen.

I den tekniska diskussionen introducerade professor Friend studenterna till strukturen hos organiska transistorer och konceptet med ljusemitterande transistorer. Denna anordning möjliggör samtidig injektion av positiva och negativa laddningar i kanalen, där de möts för att skapa ett exciterat tillstånd och avge ljus.

Experimentella resultat visar att elektroner och hål kan röra sig över vissa avstånd i organiska halvledare, tillräckligt för att bygga riktiga elektroniska komponenter.

Att lära av växter för att utveckla organiska solceller

Ett stort antal studenter från Hanois universitet för vetenskap och teknologi lyssnade på en världsklassforskares berättelse (Foto: Media Center).

Från naturlig fotosyntes ledde professor Friend studenterna till ett annat tillämpningsområde: organiska solceller. Han beskrev hur gröna växter fångar ljus genom molekylära antennsystem, överför energi till reaktionscentret och sedan separerar laddningarna.

Forskare simulerar denna princip med en bulkheterojunktionsstruktur. I den blandas två typer av material, en som gärna tar emot elektroner och en som gärna tar emot hål. Sammanvävningen skapar ett flertal gränser, vilket gör det lättare att separera laddningarna.

Tack vare denna materialstrategi har effektiviteten hos organiska solceller ökat snabbt under de senaste 10 åren. Enligt professor Friend har organiska batterisystem nu nått över 20 %, vilket närmar sig effektiviteten hos kommersiella kiselceller.

Fördelarna med denna teknik är låga materialkostnader, möjligheten att skriva ut över stora ytor och potentialen att tillverka flexibla paneler som kan monteras på en mängd olika ytor.

Nya riktningar från fria radikalmaterial och kvantsensorer

Under senare år har professor Friends grupp fokuserat på en ny metod för att minska energiförlusten orsakad av triplettillståndet.

De arbetade med fria radikaler, vilka är molekyler med en udda spinn. Istället för att låta fria radikaler bli reaktiva och destabiliserade, hittade teamet ett sätt att stabilisera dem i ett kristallgitter.

Ett annat intressant fynd kom från molekylära system med två spinn, kallade biradikaler. Teamet visade att även ett mycket litet magnetfält kan avsevärt ändra färgen eller intensiteten hos det utsända ljuset.

Professor Friend ser detta som en sällsynt kvanteffekt som kan utnyttjas med enkla experimentella förhållanden.

Enligt honom öppnar detta fenomen upp möjligheter för nya biosensorer. Med bara en typ av fluorescerande färgämne som är känsligt för magnetfält i mycket liten skala kan forskare övervaka processer i biologiska prover med högre precision och därigenom stödja medicinsk diagnos.

Möjligheter för innovationsekosystem i Vietnam

Förutom professor Friend deltog även Dr. Jayshree Seth, forskare från 3M Corporation och medlem i VinFuture-prisets preliminära kommitté, i workshopen. Att världskända forskare interagerar direkt med studenter anses vara en värdefull möjlighet för det unga forskarsamhället.

Dr. Jayshree Seth anser att forskare behöver hjälpa allmänheten att se att vetenskapen finns i alla aspekter av livet (Foto: Media Center).

Docent Huynh Dang Chinh, vicerektor för Hanois universitet för vetenskap och teknik, betonade evenemangets betydelse eftersom det bidrar till att främja skolans och Vietnams ekosystem för forskning och innovation.

”Skolan hoppas att sådana akademiska utbyten ska inspirera till nya vetenskapliga ambitioner hos studenter, och samtidigt öppna upp riktningar för samarbete mellan polytekniska forskargrupper och inhemska och utländska partners”, betonade Chinh.

Docent Huynh Dang Chinh, vicerektor för Hanois universitet för vetenskap och teknik, höll öppningstalet (Foto: Media Center).

Dessa förstahandsberättelser från en världsledande forskare om sin resa från labbet till vardagstekniken visar att materialvetenskap inte är ett avlägset område. Vetenskapen har fortfarande mycket att upptäcka, och varje generation av unga forskare har möjlighet att skapa nya glöder för framtiden.

VinFuture 2025 Vetenskaps- och teknikvecka, som äger rum från 2 till 6 december i Hanoi.

Med temat ”Tillsammans växer vi – tillsammans blomstrar vi” fortsätter årets serie av årliga internationella evenemang att bekräfta VinFutures uppdrag att koppla samman kunskap, väcka viljan att tjäna och höja Vietnams position som ett centrum för att främja vetenskap och innovation i världen.

Veckan innehåller sju huvudaktiviteter: Inspirerande tal, diskussion om Science for Life; VinFutures dialogserie om framtidsutforskning; utställningen "The Touch of Science", VinFuture-prisutdelning; utbyte med VinFuture 2025-pristagare; VinUni - Leadership Forum: Konferens om innovation inom högre utbildning.

Höjdpunkten på evenemanget var VinFuture 2025-prisutdelningen, som ägde rum kvällen den 5 december på Hoan Kiem-teatern (Hanoi). Detta är ett evenemang för att hedra enastående vetenskapliga arbeten som har haft en positiv och hållbar inverkan på miljontals, till och med miljarder människor runt om i världen.

I år kommer priset att ges till verk som tillför mänskligheten värdet av "Tillsammans växer vi - Tillsammans blomstrar vi", vilket temat har angett, och bekräftar VinFutures uppdrag att hedra intelligens, sprida mänskligheten och tjäna livet.

Källa: https://dantri.com.vn/cong-nghe/hoc-gia-hon-140-bang-sang-che-tiet-lo-nguyen-ly-tu-nhien-giup-tao-ra-oled-20251205120221454.htm