Los investigadores han analizado las propiedades de un polímero orgánico con aplicaciones potenciales en electrónica flexible y han descubierto variaciones de dureza a nanoescala, la primera vez que se observa una estructura tan fina en este tipo de material.

El campo de la electrónica orgánica se ha beneficiado del descubrimiento de nuevos polímeros semiconductores con estructuras moleculares resistentes a torceduras y dobleces, lo que significa que pueden transportar carga incluso si se flexionan en diferentes formas.

Se había asumido que estos materiales se asemejan a un plato de espagueti a escala molecular, sin ningún orden de largo alcance. Sin embargo, un equipo internacional de investigadores descubrió que, al menos para uno de esos materiales, hay pequeños espacios de orden en su interior. Estos bolsillos ordenados, de solo unas diez milmillonésimas de metro de ancho, son más rígidos que el resto del material, lo que le da una estructura de "pastel de frutas" con regiones más duras y más blandas.

El trabajo fue dirigido por la Universidad de Cambridge y Park Systems UK Limited, con KTH Estocolmo en Suecia, las Universidades de Namur y Mons en Bélgica y la Universidad de Wake Forest en los EE. UU. Sus resultados, publicados en la revista Nature Communications , podría utilizarse en el desarrollo de dispositivos microelectrónicos y bioelectrónicos de última generación.

Estudiar y comprender las propiedades mecánicas de estos materiales a nanoescala, un campo conocido como nanomecánica, podría ayudar a los científicos a ajustar esas propiedades y hacer que los materiales sean adecuados para una gama más amplia de aplicaciones.

"Sabemos que el tejido de la naturaleza en la nanoescala no es uniforme, pero encontrar uniformidad y orden donde no esperábamos verlo fue una sorpresa", dijo el Dr. Deepak Venkateshvaran del Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien dirigió la investigación.

Los investigadores utilizaron una técnica de imagen llamada imagen de modo propio superior para tomar imágenes a nanoescala de las regiones de orden dentro de un polímero semiconductor llamado indacenoditiofeno-co-benzotiadiazol (C16-IDTBT). Estas imágenes mostraron claramente cómo las cadenas de polímeros individuales se alinean una al lado de la otra en algunas regiones de la película de polímero. Estas regiones de orden tienen entre 10 y 20 nanómetros de ancho.

"La sensibilidad de estos métodos de detección nos permitió mapear la autoorganización de los polímeros hasta las hebras moleculares individuales", dijo el coautor, el Dr. Leszek Spalek, también del Laboratorio Cavendish. "La generación de imágenes en modo propio superior es un método valioso para caracterizar las propiedades nanomecánicas de los materiales, dada la preparación de muestras relativamente fácil que se requiere".

Otras mediciones de la rigidez del material a nanoescala mostraron que las áreas en las que los polímeros se autoorganizaban en regiones ordenadas eran más duras, mientras que las regiones desordenadas del material eran más blandas. Los experimentos se realizaron en condiciones ambientales en lugar de un vacío ultraalto, que había sido un requisito en estudios anteriores.

"Los polímeros orgánicos normalmente se estudian para sus aplicaciones en áreas grandes, escala centimétrica, electrónica flexible", dijo Venkateshvaran. "La nanomecánica puede aumentar estos estudios mediante el desarrollo de una comprensión de sus propiedades mecánicas a escalas ultrapequeñas con resoluciones sin precedentes.

"Juntos, el conocimiento fundamental obtenido de ambos tipos de estudios podría inspirar una nueva generación de dispositivos microelectrónicos y bioelectrónicos suaves. Estos dispositivos futuristas combinarán los beneficios de la flexibilidad a escala centimétrica, la homogeneidad a escala micrométrica y el movimiento mecánico controlado eléctricamente a escala nanométrica de las cadenas de polímeros". con una biocompatibilidad superior". + Explora más

Mejora del comportamiento electromecánico de un polímero flexible