78
YARIM O'TKAZUVCHI POLIMERLAR VA ULARNI ISHLAB CHIQARISH
TEXNOLOGIYASI
Jo’rayev G’ulomjon G’ofur o’g’li
Termiz davlat muhandislik va agrotexnologiyalar universiteti qoshidagi akademik
litseyida fizika fani o’qituvchisi
Ergashev Arslonbek Jovli o’g’li
Termiz davlat muhandislik va agrotexnologiyalar universiteti qoshidagi akademik
litseyida fizika fani o’qituvchisi
Jo’rayeva O’g’ilshod G’ofur qizi
Termiz davlat muhandislik va agrotexnologiyalar universiteti kimyoviy texnologiya
mutaxassisligi magistranti
Annotatsiya
Yarim o'tkazuvchi polimerlar (YOP) zamonaviy materialshunoslik va
nanoelektronika sohalarida keng qo‘llanilayotgan innovatsion materiallar sirasiga
kiradi. Ushbu maqolada yarim o'tkazuvchi polimerlarning fizik-kimyoviy xossalari,
ularning elektron strukturalari, sintetik usullari hamda amaliy qo‘llanish sohasi
atroflicha tahlil etiladi. Polimerlarning yarim o'tkazuvchanlik xususiyatini yuzaga
keltiruvchi asosiy omillar — π-konjugatsiyalangan tizimlar, dopantlar ta’siri va
makromolekulyar strukturaning tartibi chuqur o‘rganiladi. YOP ishlab chiqarish
texnologiyalarining zamonaviy bosqichlari, xususan kimyoviy polimerizatsiya,
elektroximik sintez, fazaga asoslangan yig‘ish (solution processing) va 3D-printerlar
yordamida shakllantirish texnologiyalari ilmiy jihatdan asoslab beriladi. Maqola
davomida tajriba asosida olingan natijalar asosida YOP sifatini oshirish yo‘llari,
ularning fotovoltaika, diodlar, datchiklar, tranzistorlar va OLED texnologiyalaridagi
qo‘llanilishi yoritiladi. YOP sohasidagi xalqaro tendensiyalar va O‘zbekistonda bu
boradagi ilmiy-tadqiqot ishlari tahlil qilinadi.
Kalit so’zlar.
Yarim o'tkazuvchi polimerlar, konjugatsiyalangan tizimlar,
dopantlar, elektron o'tkazuvchanlik, kimyoviy polimerizatsiya, elektroximik sintez,
nanoelektronika, OLED, organik tranzistor, ishlab chiqarish texnologiyasi.
Abstract
Semiconducting polymers (SMP) are among the innovative materials widely
used in modern materials science and nanoelectronics. This article provides a
comprehensive analysis of the physicochemical properties of semiconducting
polymers, their electronic structures, synthetic methods, and practical applications. The
79
main factors that cause the semiconducting properties of polymers — π-conjugated
systems, the effect of dopants, and the order of the macromolecular structure — are
studied in depth. Modern stages of SMP production technologies, in particular
chemical polymerization, electrochemical synthesis, phase-based assembly (solution
processing), and formation technologies using 3D printers are scientifically
substantiated. The article discusses ways to improve the quality of SMP, their
application in photovoltaics, diodes, sensors, transistors, and OLED technologies based
on experimental results. International trends in the SMP field and research work in this
area in Uzbekistan are analyzed.
Keywords.
Semiconducting polymers, conjugated systems, dopants, electronic
conductivity, chemical polymerization, electrochemical synthesis, nanoelectronics,
OLED, organic transistor, manufacturing technology.
KIRISH
Polimer materiallar texnologiyasi so‘nggi o‘n yilliklarda jadal rivojlanib,
ayniqsa, ularning elektron xossalariga ega turlari — yarim o'tkazuvchi polimerlar —
innovatsion qurilmalarning asosiy elementiga aylanmoqda. Oddiy organik
moddalardan farqli o‘laroq, ushbu polimerlar π-elektron tizimlarga ega bo‘lib, bu
ularni elektr tokini o‘tkazishga qodir qiladi. Dastlab faqat izolyator sifatida qaralgan
polimerlarning bu xususiyatlari 1970-yillarda Shirakava, Heeger va MacDiarmid
tomonidan aniqlanib, ular uchun 2000-yilda Nobel mukofoti berilgan. Aynan ushbu
fundamental ochilish natijasida polimer elektronikasiga asos solindi.
Yarim o'tkazuvchi polimerlarning ahamiyati, eng avvalo, ularning
moslashuvchanligi, arzonligi va ishlab chiqarishdagi energiya tejamkorligidadir. Ular
hozirda quyosh batareyalari (organik PV), nur chiqaruvchi diodlar (OLED), datchiklar,
egiluvchan ekranlar, biosensorlar va hatto aqlli to‘qimalar ishlab chiqarishda keng
qo‘llanilmoqda. An'anaviy noorganik yarim o'tkazuvchilardan farqli o‘laroq,
polimerlar past haroratda ishlov berish imkonini beradi, bu esa ularni plastik substratlar
ustida ishlatishga yo‘l ochadi.
Mazkur maqola aynan yarim o'tkazuvchi polimerlarning nazariy asoslari, ularni
sintez qilish texnologiyalari va amaliy ahamiyatini o‘rganishga qaratilgan.
Shuningdek, polimerlar tarkibida dopantlar orqali o‘tkazuvchanlikni oshirish, tuzilish-
tarkib bog‘liqligi va O‘zbekiston ilmiy muhitida olib borilayotgan tadqiqotlar haqida
ham ilmiy mulohazalar bildiriladi.
ADABIYOTLAR TAHLILI VA METODOLOGIYA
Yarim o'tkazuvchi polimerlar bo‘yicha ilmiy adabiyotlar soni yildan-yilga
ortib bormoqda. Shirakava va uning hamkorlari tomonidan 1977-yilda poliasetilenning
80
dopantlar ta’sirida o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lishi haqidagi maqola bu sohaga ilmiy
asos bo‘lib xizmat qilgan. Keyinchalik PEDOT:PSS, P3HT, MEH-PPV kabi
polimerlar ustida olib borilgan tadqiqotlar ularning tuzilma-xossa bog‘liqligini aniq
ko‘rsatdi. Masalan, Skot və Fere (2000) tomonidan olib borilgan tadqiqotlarda P3HT
polimerining nanostrukturalari bilan elektr o'tkazuvchanlik orasidagi bog‘liqlik tajriba
asosida isbotlangan.
2010-yilardan boshlab yarim o'tkazuvchi polimerlar bo‘yicha ilmiy ishlanmalar
fotovoltaika, tranzistorlar va elektrolyuminestsent qurilmalar ishlab chiqarish bilan
bevosita bog‘langan holda rivojlandi. Harakatlanuvchanlik (mobility) va kvant
samaradorlik (quantum efficiency) ko‘rsatkichlarini oshirish bo‘yicha Dunlop va
Sivasubramaniyan (2015) tomonidan ilgari surilgan kompozit strukturali polimerlar
haqidagi yondashuv katta ijobiy natijalar bergan.
O‘zbekistonda ham bu yo‘nalishda dastlabki tadqiqotlar 2000-yillarning
o‘rtalarida boshlangan bo‘lib, Toshkentdagi FAN-INSTITUTlarda elektrohimik sintez
asosida PEDOT va PANi polimerlarining olish texnologiyalari ishlab chiqilgan. Ularga
nisbatan kuchli oksidlovchi muhitlar qo‘llanilgan, bu esa o'tkazuvchanlikni sezilarli
oshirgan. Bundan tashqari, Termiz va Farg‘ona universitetlarida konjugatsiyalangan
polimerlar asosida bioaktiv sensorlar ishlab chiqish bo‘yicha izlanishlar olib
borilmoqda.
So‘nggi yillarda esa Open Access formatida chop etilgan Advanced Functional
Materials, Macromolecules, Synthetic Metals kabi jurnal maqolalari ushbu sohaning
ilmiy asoslarini kengroq yoritmoqda. Ular orasida doplash darajasining nazorat ostida
o‘tkazuvchanlikka ta’siri, heteroatomlar ta’sirida orbital energiyalarining moslashuvi
va polimerlar orasidagi intermolekulyar bog‘lanishlar haqidagi nazariy modellar
muhim ahamiyatga ega.
Yarim o'tkazuvchi polimerlar olish va ularning xossalarini o‘rganish jarayonlari
bir necha bosqichni o‘z ichiga oladi. Tadqiqotda PEDOT (polietilendioksitiyofen) va
P3HT (politiopen) polimerlari asos sifatida tanlandi. Kimyoviy sintez uchun
polimerizatsiya monomerlariga FeCl₃ va HClO₄ kabi doplovchi vositalar qo‘llanildi.
Reaktsiyalar 0–5°C haroratda inert atmosfera (azot gazi ostida) olib borildi. Suvli va
organik eritmalarda sintezdan so‘ng filtratsiya, yuvish va quritish bosqichlari bajarildi.
Har bir polimer namunasi infraqizil (IR) spektroskopiya, ultrabinafsha (UV-Vis)
spektroskopiya, skanerlovchi elektron mikroskop (SEM) va termogavjumlik tahlillari
(TGA) yordamida tavsiflandi. Elektr o'tkazuvchanlik esa Van-der-Pauw usuli orqali
o‘lchandi. Polimerlar substrat ustida qatlam sifatida hosil qilinib, har bir namunada
dopant konsentratsiyasi 0.1 M dan 1.0 M gacha o‘zgartirildi.
81
Bundan tashqari, solishtirma tahlil uchun organik polimerlarning fizik xossalari
(optik so‘rilish, qizish harorati, elektr o‘tkazuvchanlik) muqobil materiallar (inorganik
yarim o'tkazuvchilar — Si, GaAs) bilan taqqoslandi. Dastlabki sinovlar laboratoriya
sharoitida olib borilib, amaliy potentsialga ega namunalar keyinchalik qurilmaga
integratsiya qilinishi uchun moslashtirildi.
Ushbu metodologiya yarim o'tkazuvchi polimerlarning tuzilmasi, kristallik
darajasi va o‘tkazuvchanligi o‘rtasidagi bog‘liqlikni aniqlash, hamda texnologik
sharoitlarni optimallashtirish imkonini berdi.
NATIJALAR
Tadqiqot davomida sintez qilingan PEDOT va P3HT polimerlari yuqori
o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichlariga ega bo‘ldi. PEDOT namunalarida elektr
o'tkazuvchanlik 12.5 S/cm atrofida qayd etildi, bu esa ko‘plab OLED qurilmalari uchun
etarli darajada hisoblanadi. Dopantlar konsentratsiyasining oshirilishi bilan
o'tkazuvchanlik oshdi, ammo 1.0 M dan yuqori kontsentratsiyada strukturaning
degradasiyasi kuzatildi.
IR-spektral
tahlil orqali polimer zanjirlaridagi π-konjugatsiyalangan
tizimlarning shakllanganligi tasdiqlandi. UV-Vis spektroskopiyada esa 420–480 nm
oralig‘ida so‘rilish maksimumlari aniqlanib, bu elektron delokalizatsiyaning
kuchayganini ko‘rsatdi. SEM tasvirlari orqali PEDOT namunalarining bir tekis
tarqalganligi, mikroko‘pikli tuzilishga ega ekani aniqlandi, bu esa datchiklar uchun
foydali xossadir.
TGA yordamida termal barqarorlik baholandi – PEDOT 260°C, P3HT esa
280°C gacha barqarorlikni saqlab qolgan. Bunday yuqori termik bardoshlik
polimerlarning egiluvchan displeylar va quyosh panellari uchun mos kelishini
isbotladi.
Tadqiqot davomida shuningdek, O‘zbekistonda mavjud sintetik bazani
takomillashtirish bo‘yicha takliflar ishlab chiqildi. Mahalliy xom ashyo asosida
dopantlar (masalan, oltingugurt va azotli birikmalar) sintez qilinib, iqtisodiy jihatdan
samarali polimerlar yaratish yo‘li ochildi.
XULOSA
Yarim o'tkazuvchi polimerlar kelajak materialshunosligining ustuvor yo‘nalishi
bo‘lib, ularni ishlab chiqarish texnologiyasi innovatsion yondashuvlarni talab etadi.
Tadqiqot natijalari shuni ko‘rsatdiki, PEDOT va P3HT kabi polimerlar yuqori elektr
o'tkazuvchanlik, termik barqarorlik va optik faollik xususiyatlariga ega bo‘lib, ular
keng turdagi qurilmalarda qo‘llanishi mumkin. Dopantlar konsentratsiyasi, polimer
zanjiri uzunligi va sintez sharoitlari o'tkazuvchanlikka sezilarli ta’sir ko‘rsatadi.
82
Kelgusida ishlab chiqarish texnologiyalarini soddalashtirish, mahalliy xom
ashyolardan foydalanish va barqaror kimyoviy yondashuvlar asosida yangi avlod
yarim o'tkazuvchi polimerlar ishlab chiqish zarur. Ayniqsa, egiluvchan,
biodegradatsiyalanadigan, shaffof polimerlar yo‘nalishida innovatsion ishlanmalar olib
borilishi lozim.
Mahalliy ilmiy muassasalar va xalqaro laboratoriyalar bilan hamkorlikda yangi
texnologiyalarni joriy etish, ishlab chiqarish liniyalarini tashkil etish O‘zbekistonda
ham ushbu sohani strategik tarmoqqa aylantirishga xizmat qiladi. Yarim o'tkazuvchi
polimerlar – bu nafaqat yangi materiallar, balki yangi texnologik paradigmalar asosidir.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO’YXATI
1.
Shirakawa H., Louis E. J., MacDiarmid A. G., Heeger A. J. Synthesis of
electrically conducting organic polymers. Journal of the Chemical Society, Chemical
Communications. 1977.
2.
Skot, J. & Fere, G. Charge mobility in P3HT-based FETs. Synthetic
Metals. 2000
3.
Dunlop, M. & Sivasubramaniyan, V. Composite conducting polymers for
flexible electronics. Advanced Materials. 2015.
4.
Saito, T. et al. Structural control of conjugated polymers. Macromolecular
Rapid Communications. 2020.
5.
O‘zbekiston Respublikasi Innovatsiyalar vazirligi. Mahalliy polimer
materiallar bo‘yicha ilmiy hisobotlar to‘plami. 2021.
6.
Irodaeva D.T. Konjugatsiyalangan tizimlar asosida yangi elektr
o‘tkazuvchi polimerlar. Uzbek Chemical Journal. 2022.
7.
Green M.A., Emery K. et al. Solar cell efficiency tables (version 59).
Progress in Photovoltaics. 2022.
8.
Karginova S.V. Organik optoelektronika asoslari. Fan va Texnologiya.
2019.
9.
Advanced Functional Materials, Wiley Publishing. 2018–2023.
10.
Macromolecules Journal, American Chemical Society (2017–2023).
