Darni ir tvari aplinka – vienas didžiausių šiandienos iššūkių, skatinantis ieškoti geriausių būdų, kaip mėgaujantis naujausių technologijų siūlomomis galimybėmis ir gerinant gyvenimo kokybę, išsaugoti pagarbą gamtai. Chemijos, fizikos ir inžinerinių sričių mokslininkai susivienija bendram tikslui – laboratorijose sintetina naujas organines medžiagas, kurios leistų ne tik patogiau naudotis elektroniniais įrenginiais, bet ir padėtų vystyti tvarius bei draugiškus aplinkai gamybos metodus.

Tyrėjai įrodo, kad vienų iš tokių medžiagų – organinių puslaidininkių – pritaikymas labai platus, tad puslaidininkiai sutinkami išmaniųjų įrenginių ir televizorių ekranuose, saulės baterijose. Lietuvoje podoktorantūros stažuotes atliekantys jaunieji mokslininkai iš Ukrainos – Lesya Voznyak, Nataliya Kostiv bei Oleksandr Boiko neabejoja, kad netolimoje ateityje organiniai puslaidininkiai taps pagrindinėmis medžiagomis gaminant lanksčius elektronikos įrenginius ir saulės elementus. Tiesa, šiuo metu vis dar siekiama išgauti kuo didesnį jų efektyvumą ir sumažinti gamybos kaštus.

Jaunoji tyrėja L. Voznyak, atliekanti podoktorantūros stažuotę Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakultete, gilinasi į naujų organinių puslaidininkių pritaikymo šviesos diodams tyrimus. Mokslininkė viliasi, kad ateityje šie tyrimai padės atverti duris efektyvesnių, ypač plonų, lanksčių ir permatomų ekranų, pasižyminčių mažu energijos suvartojimu, masinei gamybai.

Išgauna įvairias spalvas

L. Voznyak tyrinėjami puslaidininkiai gali būti pritaikomi organiniams šviesos diodams (OLED). Taip vadinami įrenginiai, susidedantys iš vieno ar kelių sluoksnių organinių elektroaktyvių medžiagų tarp dviejų elektrodų. Parenkant organines medžiagas galima gauti skirtingų spalvų spalvų organinius šviesos diodus, o jas kombinuojant – išgauti įvairius atspalvius ar baltą šviesą. Šiandien OLED tampa labai populiarūs ir sulaukia daug dėmesio dėl pritaikomumo foniniam apšvietimui, išmaniuosiuose įrenginiuose ar kituose šviesos šaltiniuose.

„Organiniai šviesos diodai yra ypač ploni, lankstūs, vartojantys mažai energijos, didelio ryškumo, plataus žiūrėjimo kampo, santykinai pigūs. Nepaisant šių privalumų, jų efektyvumas ir stabilumas vis dar lieka iššūkiu mokslininkams“, – pastebi jaunoji tyrėja. Fotofizikinės ir optinės medžiagų savybės nulemia, kokio intensyvumo bus švytėjimas, kurį sukelia elektrinio lauko pagreitintų elektronų srautas. Kadangi OLED efektyvumas iš esmės priklauso nuo pasirinktų medžiagų ir jų parametrų, naudojant naujai sintetintas medžiagas su geresniais švytėjimo parametrais galima padidinti prietaisų efektyvumą.

Vertina įgytą patirtį

L. Voznyak podoktorantūros stažuotės metu sukūrė keletą organinių šviesos diodų struktūrų, pasižyminčių tokiomis elektronų srauto sukeliamo švytėjimo savybėmis, kurios teikia vilčių struktūrų pritaikymui gaminant elektroninius prietaisus. OLED gamybai tyrėja naudojo sintetines medžiagas. Mokslininkė džiaugiasi, kad prof. J. V. Gražulevičiaus vadovaujamoje laboratorijoje galėjo išbandyti modernius instrumentus organinių elektroaktyvių medžiagų ir jų savybių tyrimams, taip pat organinių šviesos diodų gamybai.

Stažuotės metu L. Voznyak su naujausiomis puslaidininkių tyrimų tendencijomis susipažino ir garsiuose Europos akademiniuose tyrimų centruose. „Podoktorantūros stažuotės metu turėjau galimybę aplankyti skirtingas laboratorijas Italijoje, Ispanijoje. Naudingos patirties įgijau ir dalyvaudama konferencijose Austrijoje, Graikijoje bei Šveicarijoje“, – sako ukrainietė. Jaunoji tyrėja planuoja darbus tęsti gimtajame Lvove, tačiau neabejoja, kad pasitaikius dar vienai mokslinės stažuotės progai neatsisakytų galimybės tobulėti.

Naudoja „Samsung“ gamintojai

Ekranai, sukurti naudojant organinius puslaidininkius, jau dabar naudojami išmaniuosiuose telefonuose, TV įrenginiuose ir tai vienas populiariausių jų panaudojimo būdų. Vienas pavyzdžių – dažnai reklamuoti „Samsung Galaxy II“ išmanieji telefonai, kuriems sukurti ir buvo panaudoti OLED. Organiniai puslaidininkiai leidžia sukurti ypač plonus, lankstumu audeklą primenančius, permatomus ekranus, vartojančius itin mažą kiekį energijos. Jaunieji tyrėjai pabrėžia, kad organiniai šviesos diodai – taip pat daug žadanti alternatyva didelių plotų apšvietimui, o papildomo žavesio suteikia laboratorijose sintetinamų puslaidininkių draugiškumas aplinkai, kuris labai svarbus šiandieniniam pasauliui.

Valstybiniame mokslinių tyrimų institute Fizinių ir technologijos mokslų centre Vilniuje besistažuojantis O. Boiko domisi elektros krūvio sužadinimu organinių puslaidininkių sluoksniuose. „Krūvio pernaša mūsų sintetinamose medžiagose vis dar mažesnė nei neorganiniuose puslaidininkiuose, vadinasi, organiniai ne tokie ir efektyvūs. Fundamentinės žinios apie krūvių pasikeitimą tam tikra tvarka sudarytuose molekuliniuose sluoksniuose gali būti mažas žingsnis link jų pritaikymo kuriant draugiškas aplinkai ir patogesnes vartotojui elektronikos priemones“, – pasakoja jaunasis mokslininkas ir skuba pridurti – „Vis dėlto esu realistas – atstumas nuo idėjos iki įgyvendinimo gana nemažas, gali prireikti kelerių metų ir nemažai finansų, todėl šiuo metu stengiuosi įgyti kuo daugiau fundamentinių žinių“.

Stažavosi ir garsiame Linzo organinių saulės elementų institute

O. Boiko vertina podoktorantūros stažuotę – jos metu ne tik gimė naujos idėjos, bet ir buvo užmegztos naudingos pažintys, įgytos naujos žinios apie organinius puslaidininkius, o pats laikas prabėgo su malonumu dirbant daug fizikiniams tyrimams skirtos įrangos turinčiame Valstybiniame mokslinių tyrimų institute Fizinių ir technologijos mokslų centre.

Metus su puse trukusios podoktorantūros stažuotės metu mokslininkas pristatė savo vykdomų tyrimų rezultatus keliose tarptautinėse konferencijose, klausėsi žymių mokslininkų pranešimų. Mokslinės stažuotės suteikė galimybę apsilankyti Vroclavo technikos universiteto Fizikinės ir teorinės chemijos institute Lenkijoje, garsiame Johano Keplerio universiteto Linzo organinių saulės elementų bei Fizikinės chemijos institute Austrijoje.

Tobulina saulės elementus

Organiniai puslaidininkiai gali būti pritaikomi ekologiškų saulės elementų gamybai. Jais domisi mokslininkė  stažuotoja N. Kostiv, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakultete tirianti dvipoles organines medžiagas, pritaikomas saulės elementams. Pagrindinė saulės elementų funkcija yra tiesioginis saulės šviesos konvertavimas į elektrą. Plačiai žinomi silicio saulės elementai naudojami didesnėse saulės elementų plokštėse, papildomiems kelio ženklams ar automobilių stovėjimo aikštelėms apšviesti. Nepaisant didelio šviesos konvertavimo efektyvumo silicio saulės elementuose, tai tebėra brangi technologija.

Siūloma alternatyva – iš organinių medžiagų pagaminti saulės elementai, pasižymintys lankstumu. Pavyzdžiui, namų ar biurų stiklams dengti galima naudoti organinius elementus – pusiau skaidrias plėveles, įkomponuotas į architektūrą ir gaminančias elektros energiją. Organinius saulės elementus su lanksčiais pakaitalais galima paruošti vadinamąja ritinio technologija, kai elektronika kuriama ant lankstaus plastiko arba metalo folijos ritinio. Dėl šių galimybių tokie saulės elementai tampa patrauklūs pramoniniam pritaikymui ir turi didelį komercinį potencialą, nes gamybos procesas gali būti greitas, pigus ir masinis.

Vis dėlto, šiuo metu organinių saulės elementų efektyvumas yra gana žemas, todėl mokslininkai sintetina naujas medžiagas ieškodami optimalaus varianto. „Pagrindinis saulės elementų tyrimų tikslas yra atrasti naujas, mažai kainuojančias, draugiškas aplinkai medžiagas, pasižyminčias puikiomis fotovoltinėmis savybėmis. Be to, organinės medžiagos suteikia galimybę pritaikyti saulės elementus ant audinio ir panaudoti, pavyzdžiui, drabužiuose ar užuolaidose“, – pasakoja tyrėja N. Kostiv.

Jaunai tyrėjai pasiūlė darbą

Pasak jaunos mokslininkės, podoktorantūros stažuočių projektas Lietuvoje buvo puiki galimybė įgyti daugiau patirties šioje tyrimų srityje. „Didelis stažuotės privalumas buvo įgūdžių tobulinimas užsienio laboratorijose. Podoktorantūros stažuotės metu buvau nuvykusi į Hibridinės ir organinės saulės energijos centrą (CHOSE) Italijoje, Katalonijos politechnikos universitetą Ispanijoje, Lodzės technikos universitetą Lenkijoje“, – sako N. Kostiv. Savo vykdomų tyrimų rezultatus tyrėja pristatė tarptautinės konferencijose Šveicarijoje, Meksikoje, Graikijoje ir Austrijoje.

Šią gegužę, baigiantis podoktorantūros stažuotei Lietuvoje, jaunoji tyrėja pakviesta dirbti Lodzės technikos universiteto Chemijos fakulteto Molekulinės fizikos katedroje Lenkijoje, kur lankėsi stažuotės metu. „Ten veikia didžiulė organinės elektronikos laboratorija, kurioje mėnesį dirbau. Pavyko atlikti nemažai eksperimentų, įgijau naujų įgūdžių kuriant organinius saulės elementus. Besibaigiant mokslinės stažuotės laikui katedros vadovas pasiūlė man darbą“, – džiaugiasi N. Kostiv.

Podoktorantūros stažuotės finansuojamos pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos, Mokslininkų ir kitų tyrėjų mobilumo ir studentų mokslinių darbų skatinimo priemonės (VP1-3.1-ŠMM-01) įgyvendinamą projektą „Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje“.