Новое исследование раскрывает важные сведения о том, как формируются пластиковые материалы, используемые в электронике, и как скрытые дефекты в их структуре могут ограничивать их производительность.
Конъюгированные полимеры — это тип пластика, который проводит электричество и используется в оптоэлектронике, вычислительной технике, биосенсорах и производстве электроэнергии. Материалы лёгкие, недорогие, их можно наносить тонкими слоями на гибкие подложки, что делает их идеальными для технологий следующего поколения.
Международная группа учёных исследовала популярный метод получения полимеров — альдольную конденсацию. Этот метод хвалят за универсальность, отсутствие металлов, экологичность и масштабируемость.
Учёные опубликовали результаты в журнале Nature Communications. Они выяснили, что этот метод синтеза создаёт структурные дефекты, которые могут влиять на проводимость полимера или преобразование тепла в электрическую энергию в термоэлектрических устройствах.
Старший автор исследования, профессор Джованни Костантини из Университета Бирмингема, прокомментировал: «Процесс альдольной конденсации может создавать дефекты в последовательностях полимеров, подобно спотыканию в молекулярном танце, что может нарушить поток электронов через материал, снижая эффективность и надёжность устройств. Наши результаты могут иметь далеко идущие последствия для разработки высокопроизводительной, гибкой, недорогой электроники и помочь снизить зависимость от редких или токсичных металлов в производстве».
Выявленные дефекты
Эти дефекты, наряду со вторичными путями реакции, которые их производят, ранее не учитывались, в основном потому, что традиционные аналитические методы не могут их обнаружить.
Исследователи использовали мощный метод визуализации, называемый сканирующей туннельной микроскопией (СТМ), в сочетании с электрораспылительной депозицией (ЭРД), что позволило им исследовать полимеры на молекулярном уровне. Они изучили четыре различных полимера, полученных с помощью альдольной конденсации, и обнаружили два основных типа дефектов.
Однако, регулируя химический дизайн и очищая строительные блоки перед полимеризацией, исследователи смогли значительно сократить количество дефектов. Один из подходов заключался в использовании альдольной конденсации для создания небольших, чётко определённых молекул, которые затем были связаны с помощью другого метода для получения более чистых полимерных цепей.
«Это важный шаг вперёд в понимании того, как создавать более эффективные и устойчивые материалы для электроники», — добавил профессор Костантини. «Это показывает, что даже зелёная химия требует тщательного контроля для достижения наилучших результатов».
Предоставлено Университетом Бирмингема.