Một nhóm các nhà khoa học tại trường Đại học bang Oregon, Hoa Kỳ đang xem xét vai trò đầy hứa hẹn của một loại sắc tố hữu cơ có độ bền cao, thường được sử dụng trong tác phẩm nghệ thuật có tuổi thọ lên tới hàng trăm năm trong sản xuất vật liệu bán dẫn.

Phát hiện mới cho thấy loại sắc tố này có thể trở thành một lựa chọn thay thế bền vững, chi phí thấp và dễ dàng được chế tạo thành silicon sử dụng trong các ứng dụng điện tử hoặc quang học điện tử vốn không đòi hỏi sử dụng vật liệu silicon hoạt động với hiệu suất cao.

Quang học điện tử là công nghệ kết hợp giữa yếu tố ánh sáng và điện tử, chẳng hạn như các thiết bị pin mặt trời. Sắc tố được nghiên cứu là xylindein - một sắc tố quinone, được sử dụng trong sản xuất thuốc nhuộm.

Nhà vật lí Oksana Ostroverkhova, trường Đại học bang Oregon cho biết: "Xylindein có màu sắc rất đẹp, nhưng liệu nó thật sự có ích hay không? Hợp chất này hoạt động như một loại vật liệu điện tử nhưng lại không hẳn là loại vật liệu lý tưởng. Tuy nhiên, chúng tôi có niềm tin sẽ có thể biến nó trở thành loại vật liệu hiệu quả hơn".

Xylindien được sản xuất bởi hai loại nấm ăn gỗ thuộc chi Chlorociboria. Bất kỳ loại gỗ nào khi bị nhiễm nấm đều bị nhuộm màu xanh lục. Trong nhiều thế kỷ qua, những người thợ thủ công luôn đánh giá cao màu sắc của gỗ bị nhuộm xanh bởi sắc tố xylindein.

Xylindein là loại sắc tố ổn định nên các loại sản phẩm trang trí dù được thực hiện từ nửa thiên niên kỷ trước vẫn có thể duy trì màu sắc riêng biệt của nó. Nó có khả năng duy trì trình trạng ổn định trong điều kiện tiếp xúc với nhiệt độ, ánh sáng tử ngoại và ứng suất điện.

Ostroverkhova cho biết: “Nếu tìm ra nguyên nhân giải thích tại sao những sắc tố được sản xuất từ nấm này rất ổn định thì chúng ta có thể giải quyết được vấn đề tồn tại với các thiết bị điện tử hữu cơ. Bên cạnh đó, giá thành sản xuất vật liệu điện tử hữu cơ rất đắt, vì vậy, chúng tôi đang nghiên cứu để tìm ra phương pháp chế tạo một loại vật liệu có giá thành rẻ hơn, thân thiện với môi trường, đồng thời, mang lại lợi ích cho nền kinh tế".

Với kỹ thuật chế tạo hiện tại, xylindein có xu hướng tạo thành các màng phim không đồng nhất với cấu trúc xốp, không đều và không bền.

Cô cho biết: "Có rất nhiều mức độ thay đổi về hiệu suất. Bạn có thể tiến hành thử nghiệm trong quy mô phòng thí nghiệm, nhưng bạn không thể chế tạo ra thiết bị công nghệ có liên quan trên quy mô lớn. Nhưng chúng tôi đã phát hiện ra phương pháp xử lý màng dễ dàng hơn, với chất lượng tốt hơn".

Ostroverkhova và các cộng tác viên trong các trường Cao đẳng Khoa học và Lâm nghiệp của OSU đã pha trộn xylindein với một polyme trong suốt, không dẫn điện, poly (methyl methacrylate), viết tắt là PMMA và đôi khi được gọi là thủy tinh hữu cơ, nhựa acrylic hoặc thủy tinh acrylic. Nhóm nghiên cứu tiến hành nhỏ dung dịch bao gồm xylindein nguyên sơ và hỗn hợp xlyindein-PMMA lên các điện cực trên bề mặt chất nền thủy tinh để thử nghiệm.

Họ phát hiện ra rằng polymer không dẫn điện cải thiện đáng kể cấu trúc của màng mà không gây ảnh hưởng đến các tính chất điện của xylindein. Ngoài ra, những màng phim được tạo thành từ hỗn hợp trên thể hiện sự nhạy sáng tốt hơn.

"Trong những nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ tìm hiểu nguyên nhân chính xác của hiện tượng này cũng như giá trị tiềm năng trong ứng dụng sản xuất pin mặt trời", Ostroverkhova chia sẻ. “Chúng tôi cũng sẽ xem xét việc thay thế polymer bằng một sản phẩm tự nhiên - một vật liệu bền vững được tạo ra từ cellulose. Chúng tôi tin rằng có thể phát triển sắc tố từ cellulose và tạo ra một thiết bị sẵn sàng hoạt động”.

Ostroverkhova nhấn mạnh: “Xylindein sẽ không bao giờ đánh bại hay thay thế được silicon, tuy nhiên, đối với nhiều ứng dụng, nó không cần thiết phải đánh bại silicon. Nó có thể hoạt động hiệu quả trên các chất nền lớn, linh hoạt, giống như để tạo ra các thiết bị điện tử đeo".

Nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí MRS Advances, là nghiên cứu đầu tiên đưa việc sử dụng loại vật liệu sản xuất từ nấm vào thiết bị điện sử dụng công nghệ màng mỏng và cũng có thể là sự khởi đầu cho sự ra đời của lớp vật liệu điện tử hữu cơ hoàn toàn mới trong tương lai.

NASATI