Новые подходы к созданию токопроводящих сопряженных полимеров без структурных недостатков увеличат функциональность и надежность оптоэлектронных устройств, избавляя их от токсичных металлов.
Новое исследование предоставляет возможность глубже понять, как формируются пластиковые материалы, используемые в электронике, и как скрытые недостатки в структуре могут ограничивать их эффективность и функциональность.
Сопряженные полимеры — это тип пластика, который проводит электричество и применяется в оптоэлектронике, вычислительной технике, биосенсорах и энергетике. Эти легкие и экономичные материалы можно наносить тонкими слоями на гибкие подложки, что делает их идеальными для технологий будущего.
Международная команда исследователей проанализировала популярный метод получения полимеров, известный как альдольная конденсация, который высоко ценится за свою универсальность, независимость от металлов, экологичность и возможность масштабирования.Ученые опубликовали свои выводы в журнале Nature Communications. В статье утверждается, что этот метод синтеза приводит к структурным дефектам, которые могут оказывать влияние на электропроводность полимера и его способность преобразовывать тепло в электрическую энергию в термоэлектрических устройствах.
Старший автор, профессор Джованни Костантини из Бирмингемского университета, в своих комментариях отметил, что процесс альдольной конденсации может создавать дефекты в полимерных цепях, подобные неверным шагам в «молекулярном танце». Они могут затруднить прохождение электрона через материал, снижая эффективность и надежность устройств. Решение этой проблемы будет способствовать разработке высокопроизводительной, гибкой и недорогой электроники и уменьшит зависимость от редких или токсичных металлов.
Эти дефекты, а также вторичные реакционные пути, которые их вызывают, раньше не рассматривались, так как традиционные методы анализа не позволяют их выявить.
Ученые применили мощный метод визуализации, известный как сканирующая туннельная микроскопия (STM), в сочетании с электрораспылением (ESD), что дало возможность анализировать молекулярные структуры полимеров. Максимальное увеличение изображения позволяло наблюдать соединение «строительных блоков» по одной молекуле за раз.
Исследователи изучили четыре различных полимера, полученных с использованием альдольной конденсации, и выявили два основных типа дефектов:
- Дефекты сцепления — это перегибы в полимерной цепи, возникающие из-за неправильной ориентации или положения соединяемых элементов;
- Дефекты последовательности — возникают при неправильном расположении элементов, например, когда два одинаковых блока стоят в ряд, в то время как они должны чередоваться.
Тем не менее, корректируя химический состав и очищая компоненты перед полимеризацией, ученые смогли значительно уменьшить количество дефектов. Один из подходов заключался в использовании альдольной конденсации для создания небольших, четко определенных молекул, которые затем соединялись с помощью другой методики. В результате получались более чистые полимерные цепи.
Мы сделали значительный шаг вперед в понимании создания более эффективных и экологически чистых материалов для электроники. Наша работа демонстрирует, что экологически безопасная химия требует тщательного контроля на молекулярном уровне для достижения наилучших результатов.
Фото: hi-tech.mail.ru