Лаборатория доктора Марумото, Материалы и разработка органических полупроводников, Университет Цукуба
Доктор Казухиро Марумото
Доцент, доктор технических наук
Отделение материаловедения, факультет чистых и прикладных наук, Университет Цукуба
1968 — год рождения
1992 г. — окончил факультет естественных наук Университета Хоккайдо.
1997 г. — завершил докторскую программу Лаборатории научных исследований Университета Осаки (Ph.D. )
2006 г. — младший профессор, факультет чистых и смежных наук, материаловедение, Университет Цукуба, после работы ассистентом в аспирантуре Университета Нагоя.
2013 г. — также выступает в роли приглашенного исследователя, отдел материалов для фотоэлектрической генерации, Национальный институт материаловедения, приглашенный исследователь, фотоэлектрическая генерация, Центр инженерных исследований, Национальный институт передовых промышленных наук и технологий (AIST).
Механизм износа органической электроники: впервые — тестирование на месте
Доктор Казухиро Марумото, доцент кафедры материалов и технологии органических полупроводников Университета Цукуба, является пионером в разработке, оценке характеристик и физике твердого тела органических электронных устройств на базе органических полупроводников. В ходе исследований ему удалось разработать метод выявления причины снижения производительности данных девайсов.
Теперь ожидается, что они станут намного долговечнее.
Многообещающая инновация — органическая солнечная батарея
Для производства полупроводников достаточно распечатать, окрасить и высушить необходимые материалы. В перспективе органический проводник может стать полупроводником следующего поколения. В 1977 г. доктор Сиракава Хидэки доказал проводимость органического материала, получив за это Нобелевскую и другие премии. За следующие 40 лет исследования значительно продвинулись вперед.
Уже скоро практическое применение органической электроники будет повсеместным трендом.
Примером электронного органического устройства является органическая солнечная батарея. В настоящее время нереально изготовить кремниевые солнечные батареи (наиболее применяемые из солнечных батарей) толщиной менее 100 микрон.
Органические полупроводники же могут быть невероятно тонкими: толщиной всего в несколько сот нанометров. Их можно свободно сгибать и налепливать, словно оберточную пленку. Можно наклеить на окно автомобиля и производить электроэнергию прямо в процессе вождения — эта и другие особенности органических батарей вдохновляют все больше людей. Однако на пути к вдохновляющей футуристичной картинке стоит серьезная проблема.
Исследователи давно сообщают о неожиданном падении объема вырабатываемой электроэнергии в процессе работы органической солнечной батареи. Предполагалось, что проблема вызвана скоплением электрических зарядов где-то в элементе («ловушка электрического заряда»), но долгое время это оставалось гипотезой.
Гипотезу подтверждают инновационные методы анализа
Здание Института инженерных наук, в котором размещаются устройства ЭПР.
И тут появляется доктор Марумото, доцент. Изучая характеристики проводящего полимера, который используется для органических солнечных батарей, он обнаружил, что ловушка электрического заряда имеет тенденцию возникать по краям материала. Более того, с помощью ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) ему впервые в мире удалось измерить и доказать тот факт, что когда электричество подается на электронные устройства, такие как солнечные батареи, электрический заряд задерживается на границе раздела между поверхностями материалов. Именно в тот момент гипотеза подтвердилась.
Новая роль ЭПР: поворот в традиционном мышлении
Послуживший открытию ЭПР-спектрометр является одним из инструментов для изучения материала. Если ЯМР измеряет поглощение радиочастот, порождаемых при воздействии магнитного поля на спин ядра, то ЭПР измеряет поглощение микроволн, возникающих при воздействии магнитного поля на спин электрона. Если электроны образуют пару на связывающей орбитали, микроволны не поглощаются. Но в случае молекулы, подобно радикалу содержащей электроны, которые не образовали пару (непарные электроны), поглощение микроволн происходит. Иными словами, ЭПР — это прибор, предназначенный для измерения радикалов.
Как правило, в химии под радикалом понимается молекула с неспаренными электронами, образовавшимися в результате разрыва внутримолекулярных связей. Однако в электронном устройстве радикалы образуются не за счет разрыва связей.
Когда посредством электрического тока туда подается излишек заряда, заряд не локализуется в одной связи, а, как правило, распределяется по молекулам с определенным разбросом.
В зависимости от положения и количества заряда ЭПР-сигналы различаются, в следствие чего можно установить, где находится заряд и в каком объеме.
Два устройства JEOL ESR (JES-FA200) в их использовании
ЭПР сама по себе не является новой технологией, но уже 70 лет используется для количественного измерения материалов. Однако доктор Марумото стал первым, кто использовал его для измерения производительности электронного устройства. Для измерения производительности электронного устройства естественно измерять количество проводимого электричества. Однако СОЭ не позволяет обнаружить проводящий электрический заряд.
Тем не менее, д-р Марумото считает, что «если невозможно измерить то, что проводится, мы можем измерить то, что не проводится». Оно думало совсем под другим углом. В результате СОЭ получила новую роль в качестве инструмента измерения для электронных устройств. Поскольку ESR JEOL, который доктор Марумото использовал на этот раз, имеет широкое окно фотооблучения и легко улавливает внешний свет, он идеально подходил для измерения устройства, которое вырабатывает электричество посредством света, такого как солнечные батареи.
Инновационный первый шаг в разработке элементов
Метод измерения электрического заряда, разработанный доктором Марумото, уже начал оказывать влияние на отрасль. На ранней стадии создания элемента устройства стала возможной оценка работоспособности, а также ранний выбор элемента высокой прочности. Таким образом, ожидается ускорение разработки и совершенствования, и прямо сейчас лаборатория доктора Марумото наводнена запросами на обучение и предложениями совместных исследований от компаний.
Доктор Марумото объясняет свое дальнейшее ожидание ЭПР тем, что «ЯМР хорошо знает, что делает материал, но узнать характеристики устройства, проводящего электричество, можно только с ЭПР. Я хотел бы наблюдать не только органические электронные устройства, но и различные электронные устройства с использованием ESR. Микронные глаза, способные ловить непроводящий электрический заряд. «Уникальная точка зрения», вероятно, сильно изменит исследования и разработки электрических устройств.