(PhysOrg.com) -- Morgondagens tv- och datorskärmar kan vara ljusare, tydligare och mer energieffektiv som ett resultat av en process utvecklad av ett team av forskare från Kanada och Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Syntesen av en konjugerad organisk polymer - används i stor utsträckning som ett ledande material i enheter som lysdioder, TV-apparater och solceller – kan innebära effektivare, billigare elektronik.

I en tidning publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences, gruppen av forskare från ORNL och två kanadensiska universitet beskrev deras framgång med att odla mycket strukturerade korta kedjor av polymer poly(3, 4-etylendioxitiofen), eller PEDOT. Analys och förståelse av polymerisationsprocessen och resultaten gavs med hjälp av ORNL superdatorer.

Den teoretiska expertis som tillhandahålls av ORNL-forskarna Bobby Sumpter och Vincent Meunier i att syntetisera PEDOT-polymeren kan potentiellt ha en inverkan på vardagliga elektroniska produkter. PEDOT värderas i elektroniska ansökningar för transparens, duktilitet och stabilitet hos dess ledning, eller dopad, stat. På grund av sin roll som ledande material i organiska lysdioder, PEDOT finns i många elektroniska enheter som TV-apparater och datorskärmar.

Polymeren används också i många solpanelsceller som ett hålfyllningsmaterial. "Det är en av de mest framgångsrikt använda halvledande polymererna på planeten, sa Sumpter.

Att förbättra och kontrollera den molekylära ordningen för ett nanostrukturerat PEDOT-material är avgörande för polymerens prestanda i elektroniska applikationer. De mycket ordnade polymermatriserna som de som konstruerats av forskarna kan leda till ökad effektivitet i en mängd elektroniska enheter.

För att skapa ordnade arrayer av PEDOT-polymeren, laget placerade en prekursormolekyl på en kopparkristallin yta, som hjälpte till att styra och initiera polymerisationsreaktionen. Teammedlem Meunier från ORNL jämförde processen med att placera ägg i en äggkartong, där fria energiminima, eller "fördjupningar, " i kopparytan tillåter molekylerna att prydligt staplas bredvid varandra för att bilda en kompakt och organiserad polymerstruktur.

"Kemin och den resulterande stereokemiska strukturen på ytan är mycket ovanlig, ", sa Sumpter. "De flesta försök att syntetisera polymerer resulterar vanligtvis i ofullkomliga polymerarrayer med en mycket annorlunda framträdande struktur."

Sumpter och Meunier från ORNL:s Center for Nanophase Materials Sciences med uppdrag inom datavetenskap och matematikavdelningen samarbetade i projektet genom att analysera resultaten genom ett "virtuellt mikroskop". Baserat på densitetsfunktionella teoriberäkningar och simuleringar utförda på ORNL superdatorer, den "virtuella mikroskopin" avslöjade den mycket organiserade strukturen hos polymermatriserna. Genom att undersöka polymerbildningen med konventionella metoder för scanning tunnelmikroskopi kombinerat med virtuell mikroskopi, teamet kunde tydligt illustrera konstruktionen och sammanfogningen av PEDOT-arrayer.

"Detta experiment definierar vad nanovetenskap handlar om - en blandning av experimentella tekniker kombinerat med teoretisk kunskap, " Sa Meunier. "Det var ett utmärkt tillfälle att få kontakt direkt med experimentalister och etablera nya internationella samarbeten."

Även om teamet fokuserade sin forskning på PEDOT-polymeren, forskarna tror att samma tillvägagångssätt potentiellt kan användas för att konstruera andra väldefinierade polymerer.