Учёные давно искали идеальный материал для экологически чистых электронных устройств: одну органическую субстанцию, которая одновременно излучала бы свет и вырабатывала электроэнергию без сложных соединений и легированных слоёв. Исследователи Кембриджского университета заявили, что наконец-то нашли такое вещество.
Они представили радикальный полупроводник, способный непосредственно отделять электрические заряды из поглощаемого света. Это достижение было ранее признано невозможным для органических материалов подобного типа.
Статья, опубликованная в журнале Nature Materials, описывает первое наблюдение явления «интринсивной межмолекулярной фотостимулированной сепарации зарядов» в радикальном полупроводнике. Этот материал состоит из молекул, каждая из которых имеет неспаренный электрон.
Открытие открывает путь к созданию нового поколения лёгких, гибких приборов, способных одновременно собирать энергию и испускать свет, потенциально самостоятельно заряжаясь от солнечного излучения без внешней электроники.
Исследователь Биуэн Ли объяснил принцип работы материала: молекулы трифенил-замещённого трис-(2,4,6-трихлорфенил)-метила (P3TTM) естественным образом обмениваются электронами при воздействии света, образуя положительные и отрицательные заряды, способные двигаться независимо друг от друга в присутствии электрического поля.
Таким образом, учёные продемонстрировали так называемый однофазный переход — процесс разделения заряда внутри одной и той же органической молекулы.
Традиционные органические полупроводники требуют пары донорных и акцепторных молекул для образования границы раздела, где электроны и дырки могут расщепляться. Радикальные полупроводники, напротив, содержат молекулы с одним неспаренным электроном, расположенным в орбитали, называемой одиночно занятой молекулярной орбиталью (SOMO).
Ранее радикалы ценились главным образом за яркое свечение и стабильность, что сделало их перспективными материалами для органических светодиодов (LED). Однако потенциал выработки электроэнергии оставался неизученным.
Экспериментальное исследование показало, что при плотном упаковке молекул P3TTM после воздействия светом образуются спонтанные парные заряды.
Обратите внимание: Пилоты будут контролировать до трех самолетов одновременно … только лишь с помощью мыслей.
Спектроскопия позволила наблюдать два цвета эмиссии: быстрый импульс в области 645 нм и замедленную красную полосу около 800 нм. Именно эта слабая задержанная люминесценция оказалась доказательством процесса восстановления анион-катионных пар, то есть отделения зарядов.Дополнительные испытания подтвердили почти стопроцентную эффективность сбора зарядов при обратном смещении диода, изготовленного исключительно из P3TTM. Каждый поглотившийся фотон производил полезный электрический заряд.
Этот эффект позволяет создать новый класс автономных электронных систем, способных сами себя поддерживать энергией. В перспективе такая технология сможет применяться в самоподдерживающихся сенсорах, медицинских устройствах и даже солнечных панелях, встроенных прямо в экраны OLED-дисплеев.
Материал обещает стать мостиком между традиционными кремниевыми солнечными батареями и развивающимися системами органических оптроников.
Радикальные материалы также активно изучаются в квантовых вычислениях, спин-электронике и хиральной оптоэлектронике, где контроль над взаимодействием зарядов и спинов является критически важным. Возможность вызывать разделение зарядов непосредственно внутри радикальной системы сделает подобные технологии эффективнее и устойчивее.
Эти открытия показывают, что граница между материалами, генерирующими свет, и теми, что собирают энергию, скоро исчезнет. Таким образом, станет возможным создание устройства, которое одновременно светится и самообеспечено электроэнергией.
Доктор Хьюго Бронштейн подчеркнул значимость исследования: «Мы не просто улучшаем старые конструкции. Мы переписываем учебники, показывая, что органические материалы способны самостоятельно создавать заряд».
Эта работа представляет собой прорыв в развитии экологически чистой энергетики и будущего поколений технологий, обещающих поистине революционный скачок вперёд.
18.10.2025 18 FacebookXVKontakteOdnoklassnikiTelegram Подпишитесь на нас:Вконтакте / Telegram / Дзен НовостиБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
- Ученые из Университета Осаки предложили неожиданное решение глобальной проблемы нехватки редкоземельных металлов, используя обычные пекарские дрожжи
- Китайская корпорация CNNC сообщила об успешном завершении холодных функциональных испытаний первого в мире коммерческого наземного малого модульного реактора «Линлун-1» (ACP100)