Elektronik dünyasını düşündüğümüzde aklımıza genellikle sert, kırılgan silikon çipleri ve bakır kablolar gelir. Ancak malzeme biliminde yaşanan sessiz bir devrim, bu algıyı tamamen değiştiriyor. Hem plastik gibi esnek ve işlenebilir hem de metaller gibi elektriği iletebilen malzemeler hayal edin. İşte İletken Polimerler ve bunların oluşturduğu Organik Elektronik dünyası tam olarak budur.
Bu yazıda, modern teknolojinin yapı taşlarını değiştiren iletken polimerlerin ne olduğunu, nasıl çalıştığını ve organik elektroniğin hayatımızı nasıl şekillendirdiğini inceleyeceğiz.
Geleneksel olarak polimerler (plastikler) mükemmel yalıtkanlardır; bu yüzden elektrik kablolarının dışını kaplamak için kullanılırlar. Ancak 1970'lerin sonunda bilim insanları (Heeger, MacDiarmid ve Shirakawa), bazı özel polimerlerin yapısını değiştirerek elektriği iletmelerini sağladılar. Bu keşif onlara 2000 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü kazandırdı.
Bu polimerlerin sırrı, kimyasal yapılarındaki "konjuge çift bağlar" adı verilen özel bir elektron diziliminde yatar. Normalde polimerlerde elektronlar atomlara sıkı sıkıya bağlıdır ve hareket etmezler. Ancak iletken polimerlerde, elektronların zincir boyunca hareket etmesine izin veren bir "elektron otoyolu" bulunur.
Bu malzemelerin iletkenliğini artırmak için "Doping" (Katkılama) adı verilen bir işlem uygulanır. Polimere çok az miktarda başka bir madde eklenerek (iyot vb.) yapıdaki elektron dengesi değiştirilir ve malzeme, yarı iletkenden neredeyse metalik iletkenliğe kadar farklı seviyelerde elektrik taşıyabilir hale gelir.
Silikon tabanlı geleneksel inorganik elektroniklere kıyasla, karbon tabanlı organik elektroniğin sunduğu benzersiz fırsatlar vardır:
Organik elektronik bileşenler bükülebilir, katlanabilir ve hatta rulo yapılabilir. Bu özellik, katlanabilir telefon ekranlarının ve giyilebilir teknolojilerin önünü açmıştır.
Silikon çiplerin üretimi için yüksek sıcaklıklar ve ultra temiz odalar gerekirken, organik elektronikler "çözelti tabanlı" süreçlerle üretilebilir. Bu, elektronik devrelerin bir gazete basar gibi mürekkep püskürtmeli yazıcılarla veya rulo-konveyör sistemleriyle basılabileceği anlamına gelir.
Güneş panelleri veya aydınlatma panelleri gibi çok geniş yüzeylerin kaplanması gerektiğinde organik malzemeler çok daha ekonomiktir.
Şu anda cebimizdeki akıllı telefonların ve evimizdeki yüksek kaliteli televizyonların ekranlarında kullanılan teknoloji, organik elektroniğin en başarılı ticari örneğidir. Her piksel kendi ışığını ürettiği için arka aydınlatmaya ihtiyaç duymaz, bu da daha ince ekranlar ve "gerçek siyah" görüntü kalitesi sağlar.
Geleneksel güneş panelleri ağır ve kırılgandır. Organik fotovoltaikler ise şeffaf, hafif ve esnek film şeklinde üretilebilir. Bu sayede bina camlarına, çadırların üzerine veya çantalarımıza entegre edilerek elektrik üretimi sağlanabilir.
Elektronik devrelerin beyni olan transistörlerin organik malzemelerden yapılması, "akıllı etiketler" (RFID) ve tek kullanımlık sensörlerin çok ucuza üretilmesini sağlar.
İletken polimerler yumuşaktır ve insan dokusuyla uyumludur. Bu özellikleri sayesinde yapay kaslar, elektronik deri (e-skin) ve vücut içi sağlık monitörleri geliştirmek için idealdirler.
Her ne kadar potansiyeli devasa olsa da, iletken polimerlerin aşması gereken bazı engeller vardır. En büyük sorun kararlılıktır. Organik malzemeler, havadaki oksijen ve neme karşı hassastır; bu yüzden çok iyi yalıtılmaları (kapsüllenmeleri) gerekir. Ayrıca, elektron taşıma hızları (mobilite) henüz kristal silikon kadar yüksek değildir, bu da onları süper bilgisayarlar için değil, daha çok esnek ve düşük maliyetli uygulamalar için uygun kılar.
Gelecekte, giysilerimize entegre edilmiş, vücut ısımızdan enerji üreten ve sağlık verilerimizi takip eden tamamen organik sistemlerin standart hale gelmesi beklenmektedir
