Forskare har analyserat egenskaperna hos en organisk polymer med potentiella tillämpningar inom flexibel elektronik och avslöjat variationer i hårdhet på nanoskala, första gången en så fin struktur har observerats i denna typ av material. Kredit:University of Cambridge
Forskare har analyserat egenskaperna hos en organisk polymer med potentiella tillämpningar inom flexibel elektronik och avslöjat variationer i hårdhet på nanoskala, första gången en så fin struktur har observerats i denna typ av material.
Området organisk elektronik har gynnats av upptäckten av nya halvledande polymerer med molekylära ryggrader som är motståndskraftiga mot vridningar och böjningar, vilket innebär att de kan transportera laddning även om de böjs till olika former.
Det hade antagits att dessa material påminner om en platta med spagetti i molekylär skala, utan någon ordning på lång räckvidd. Ett internationellt team av forskare fann dock att det för minst ett sådant material finns små ordningsfickor. Dessa beställda fickor, bara några tio miljarder av en meter i diameter, är styvare än resten av materialet, vilket ger det en "fruktkaka"-struktur med hårdare och mjukare områden.
Arbetet leddes av University of Cambridge och Park Systems UK Limited, med KTH Stockholm i Sverige, universiteten i Namur och Mons i Belgien och Wake Forest University i USA. Deras resultat, rapporterade i tidskriften Nature Communications , skulle kunna användas i utvecklingen av nästa generations mikroelektroniska och bioelektroniska enheter.
Att studera och förstå de mekaniska egenskaperna hos dessa material på nanoskala – ett område som kallas nanomekanik – kan hjälpa forskare att finjustera dessa egenskaper och göra materialen lämpliga för ett bredare spektrum av tillämpningar.
"Vi vet att naturens struktur på nanoskalan inte är enhetlig, men att hitta enhetlighet och ordning där vi inte förväntade oss att se det var en överraskning", säger Dr Deepak Venkatehvaran från Cambridges Cavendish Laboratory, som ledde forskningen.
Forskare använde en avbildningsteknik som kallas högre egenlägesavbildning för att ta bilder i nanoskala av ordningsregionerna inom en halvledande polymer som kallas indacenoditiofen-sambensotiadiazol (C16-IDTBT). Kredit:University of Cambridge
Forskarna använde en avbildningsteknik som kallas högre egenlägesavbildning för att ta bilder i nanoskala av ordningsregionerna inom en halvledande polymer som kallas indacenoditiofen-sambensotiadiazol (C16-IDTBT). Dessa bilder visade tydligt hur individuella polymerkedjor ligger bredvid varandra i vissa delar av polymerfilmen. Dessa ordningsområden är mellan 10 och 20 nanometer i diameter.
"Känsligheten hos dessa detektionsmetoder gjorde det möjligt för oss att kartlägga polymerernas självorganisering ner till de enskilda molekylära strängarna", säger medförfattaren Dr Leszek Spalek, också från Cavendish Laboratory. "Högre egenlägesavbildning är en värdefull metod för att karakterisera nanomekaniska egenskaper hos material, givet den relativt enkla provberedningen som krävs."
Ytterligare mätningar av materialets styvhet på nanoskala visade att de områden där polymererna självorganiserade sig i ordnade regioner var hårdare, medan de oordnade områdena i materialet var mjukare. Experimenten utfördes under omgivningsförhållanden i motsats till ett ultrahögt vakuum, vilket hade varit ett krav i tidigare studier.
"Organiska polymerer studeras normalt för sina tillämpningar i stor yta, centimeterskala, flexibel elektronik", säger Venkateshvaran. "Nanomekanik kan förstärka dessa studier genom att utveckla en förståelse för deras mekaniska egenskaper i ultrasmå skalor med oöverträffade upplösningar.
"Tillsammans kan den grundläggande kunskapen från båda typerna av studier inspirera en ny generation av mjuka mikroelektroniska och bioelektroniska enheter. Dessa futuristiska enheter kommer att kombinera fördelarna med flexibilitet i centimeterskala, homogenitet i mikrometerskala och elektriskt styrd mekanisk rörelse av polymerkedjor i nanometerskala med överlägsen biokompatibilitet." + Utforska vidare
