Indigo: Antiker Farbstoff für organische Elektronikbauelemente

In dem vorliegenden Projektantrag werden elektronische Schaltkreise untersucht, die mit den organischen Feldeffekttransistoren auf Basis der antiken Farbstoffe Indigo und Tyrian Purple aufbauen. In der urtalten Geschichte haben Farbstoffe wie Indigo und Tyrian Purple wegen ihres natürlichen Ursprunges sowie wegen ihrer Stabilität eine grosse Rolle gespielt. Unsere wissenschaftlichen Arbeiten der letzten Jahre haben gezeigt, dass Indigo und Tyrian Purple als stabile, organische p- und n-Halbleiter fungieren. Wegen der Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Indigomolekülen, ordnen sich diese in sehr regulären Schichten. Diese Ordnung ermöglicht hohe Ladungsträgermobilitäten entlang dieser Schichten. Sogar eine ambipolare Ladungstransport wurde in den OFETs mit Indigo und Tyrian Purple beobachtet, d.h. bei negativer Gatespannung ein Löchertransport und bei positiver Gatespannung ein Elektronentransport. Die Kenngrößen dieser OFETs sind ohneweiteres im Spitzenfeld der organischen Elektronik zu reihen. Es ist das Ziel dieser Forschung, schnelle (MHz), elektronische Bauelemente auf Basis von Indigo und Tyrian Purple zu erzeugen und zu charakterisieren, die in der Luft stabil arbeiten.

Indigo ist einer der ältesten Farbstoffe. Die Geschichte von Indigo reicht bis zu den antiken Kulturen in Ägypten und in fernen Osten. Dieser Farbstoff wurde so genannt, da die Pflanze, indigofera tinctoria, in Ostindien beheimatet ist. In Europa wurde dieser Farbstoff aus Färberwaid gewonnen und diese Kultur der "Blaufärberei" geht zurück bis in das Mittelalter. Dieser Farbstoff wurde wegen seiner Stabilität und Bio-kompatibilität bevorzugt. Das Zersetzungsprodukt von Indigo ist Anilin, das seinen Namen vom Indigo (portugiesisch Annil = Blaufarbe=Indigofarbe) herleitet. Anilin war vor 150 Jahren das wichtigste Produkt der deutschen chemischen Industrie, ja sogar der Beginn von der modernen organischen Chemie vor 150 Jahren wurde mit Indigo und Anilin eingeleitet. Viele deutsche Chemiekonzerne haben das Wort Anilin in ihren Namen wie z.B. BASF und AGFA. Wir haben auf unserer Suche nach bio-kompatiblen, bio-organischen Halbleitern, diesen Farbstoff Indigo und seine Derivate als elektronisches Material für Bauelemente wiederentdeckt. Diese Entdeckung (im Jahre 2012) und die drauffolgenden wissenschaftlichen Arbeiten wurden nicht beschränkt auf, aber mehrheitlich in diesem Projekt seit 2013 abgebildet und untersucht. Wir haben im Rahmen dieses Projektes verschiedene opto-elektronische Bauelemente wie Dioden, Detektoren, Solarzellen, lichtemittierenden Dioden, Transistoren und Inverters mit diesen Indigo-Derivaten hergestellt und charakterisiert. Diese Bauelemente sind sowohl im Performace als auch in der Stabilität den herkömmlichen organischen Eletronikbauelementen weit überlegen. Es wäre nicht übertrieben zu behaupten, daß diese Indigo-Derivate eine neue Ära im Material Science von organischer Elektronik einleiten können/werden. Wir haben im Rahmen dieses Projektes gezeigt, daß Indigo auch mit einer Funktionalisierung an den Wasserstoffbrücken, löslich gemacht werden kann. Weiters haben wir diese Indigo-Derivate in Wasser mit verschiedenen pH Werten untersucht und eine stabile Operation der Transistoren gezeigt. Diese Entdeckung ist wesentlich für die Integration der bio-organischen Elektronik in lebende Organismen und in dem menschlichen Körper. Diese Entwicklung hat zu einer Forschungslinie geführt, die man als biointegrierte Elektronik bezeichnet. Seit 2014 haben wir auch eine Winterschule auf diesem Thema etabliert, die jedes Jahr im März in Tirol stattfindet und schon zum dritten Male wiederholt wurde (siehe www.bioel.at). Diese Winterschule positioniert sich international als die wichtigste Tagung des Forschungsgebietes "Bio-organische Elektronik". Zuletzt wurden mit Hilfe von Patentanmeldungen einige Teilbereiche dieser Forschung IPR geschützt und Interesse von Firmen bekundet.