Tunna filmer av halvledande polymerer gjordes med en ytainitierad tillväxt, vilket resulterar i en unik molekylär organisation. Polymerkedjor växte från ytan och veks sedan för att bilda buntar genom filmens tjocklek. Buntarna var kristallina och cirka 3 nanometer (nm) breda. De angränsande sidobuntarna var tätt packade sida vid sida, skapa en komplex molekylär organisation. Denna kontrollerade arkitektur kan användas för att förbättra ljusemitterande enheter och solceller. Upphovsman:Evgueni Nesterov, Louisiana State University
För att bygga bättre solceller, forskare måste designa material nedifrån och upp, placera kedjor av molekyler precis där de behövs. Forskare utarbetade ett nytt sätt att växa prydligt arrangerat, tätt packade buntar av molekylkedjor, specifikt halvledande polymerkedjor. Kedjorna vek på sig själva för att göra buntar som sträckte sig från tillväxtplattan till filmens yta. Buntarna packades sida vid sida med angränsande buntar. Denna nedifrån och upp-strategi, börja med byggstenarna och skapa den större strukturen, användes för att göra stora filmer med små mönster. Filmerna har kontrollerad arkitektur, enhetlig montering och utmärkt stabilitet.
De tunna filmerna av halvledande polymerer har en unik struktur och är mycket stabila. Filmerna skulle kunna öka effektiviteten och livslängden för organiska ljusavgivande enheter och solceller.
Traditionella metoder som använder "top-down" lösningsbaserad bearbetning tillåter vanligtvis endast blygsam kontroll över den molekylära organisationen och kedjeinriktningen av halvledande polymerer. Nu har ett team ledd av forskare vid Louisiana State University utvecklat en "bottom-up"-metod som använder ytinitierad tillväxt av en halvledande polymer som kallas polytiofen för att förbereda tunna filmer. Polytiofen är ett lovande organiskt elektroniskt material. Omfattande strukturella studier av de tunna filmerna med röntgen- och neutronspridning avslöjade detaljerad information om filmernas unika molekylära organisation och bulkmorfologin. Studierna främjar också vår grundläggande förståelse av polymerisationen. Anmärkningsvärt, polymerkedjorna bildade tätt packade laterala kristallina domäner som spänner över cirka 3 nanometer, med övervägande in-plan inriktning av de vikta polymerkedjorna inom varje domän. Det är praktiskt taget omöjligt att uppnå en sådan komplex mellanskalig organisation med traditionella metoder som bygger på lösningsbearbetning av försyntetiserade polymerer. Denna unika morfologi skulle vara särskilt lämpad för tillämpningar som kräver effektiv laddningstransport över filmerna, såsom i solcells- och ljusavgivande apparater. I allmänhet, ytinitierad polymerisation är inte begränsad till polytiofen utan kan även expanderas för andra klasser av halvledande polymerer och sampolymerer.
