(PhysOrg.com) - Dos científicos que trabajan en Europa han allanado el camino para mejorar la electrónica del plástico al diseñar una técnica que se puede utilizar para tomar imágenes de mezclas plásticas a nanoescala simultáneamente en el cuerpo del material y en la superficie.
Células solares de plástico de bajo costo, pantallas más brillantes, y una mayor duración de la batería para teléfonos móviles y lectores electrónicos son algunos de los resultados previsibles, ya que los fabricantes podrían utilizar el método para comprender mejor los materiales que utilizan.
Chris McNeill de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y Ben Watts del Instituto Paul Scherrer (Suiza) son los investigadores detrás del avance publicado en Comunicaciones Macromoleculares Rápidas . Hacen brillar la radiación de sincrotrón sobre mezclas de polímeros para tomar imágenes sofisticadas de rayos X de longitud de onda múltiple de la mayor parte de la mezcla de polímeros. y al mismo tiempo recolectar los electrones formados por la interacción de los rayos X con la superficie de la muestra. La segunda imagen se puede comparar directamente con la primera para ver las diferencias en la distribución de los componentes en el cuerpo de la película y en la superficie.
La parte de imágenes de superficie funciona porque los fotoelectrones formados en la mayor parte del material se absorben antes de llegar a la superficie. y, por lo tanto, solo los que se forman en la superficie son libres de dejar el material y crear una señal, que es "pequeño, pero medible ”.
Watts explica que "los rayos X que se iluminan en la muestra están" sintonizados con el átomo de carbono ", causando los polímeros, que son en su mayoría carbono, para “resonar de una manera que les haga absorber mucha más luz en longitudes de onda particulares de lo que uno esperaría. Esta resonancia entre la luz y el átomo también es muy sensible a la forma en que los átomos están unidos entre sí ... lo que resulta en un [alto] contraste entre los materiales poliméricos que de otra manera parecen casi idénticos ". En la imagen se muestra un ejemplo.
“En Cambridge estamos interesados en el uso de polímeros semiconductores para aplicaciones en células solares, diodos emisores de luz (LED), y transistores, ”Dice McNeill. “Como es el caso en otras áreas de la ciencia de los polímeros, la combinación de dos polímeros semiconductores a veces le permite lograr propiedades o funciones que no se pueden lograr con un solo polímero. La eficiencia de las células solares de polímero y los LED se mejora enormemente mediante la combinación, y estamos particularmente interesados en cómo la microestructura de la película afecta el rendimiento del dispositivo. Ser capaz de obtener imágenes no solo de la estructura a granel sino también de la estructura de la superficie es fundamental, ya que son las superficies las que se conectan a los electrodos (y al mundo exterior), por lo que tener una técnica que nos ayude a comprender cómo se conectan las estructuras de superficie y a granel era muy deseable ".
Ambos científicos estudiaron en el mismo grupo en Australia antes de ir por caminos separados; McNeill para perseguir su interés en semiconductores orgánicos, y Watts su en caracterización basada en sincrotrón. Su experiencia en áreas complementarias les permitió estar al tanto de los problemas actuales en el campo de la electrónica plástica y al mismo tiempo conocer las nuevas oportunidades para la caracterización avanzada de materiales.
McNeill:"En cierto sentido, todos los componentes necesarios para un experimento de este tipo han estado disponibles durante un tiempo, y requirió una realización de esta oportunidad y el montaje de los componentes. Agradecemos a Rainer Fink de la Universität Erlangen-Nürnberg por demostrar primero la viabilidad del experimento ... Hubo algunos desafíos técnicos al tener que suprimir los fotoelectrones que se emiten desde otras partes del experimento para detectar solo los que provienen de la muestra, pero estos fueron superados principalmente a través de la perseverancia y la minuciosidad de Ben ".
Consideran que el trabajo beneficia no solo a quienes trabajan con polímeros semiconductores, que son necesarios para la electrónica de plástico, pero todo tipo de mezclas de polímeros de película fina. También puede haber aplicaciones en otros orgánicos, pero no polimérico, mezclas u otros materiales donde "la caracterización de la superficie y el volumen es crucial".
Los siguientes pasos implican extender el análisis de la estructura de la superficie a "un análisis cuantitativo completo", según McNeill, "Esto requeriría imágenes con múltiples energías de fotones de rayos X". Pero los tiempos de exposición más prolongados pueden dañar las superficies en estudio. "También estamos aplicando nuestra técnica al estudio de películas de polímeros semiconductores policristalinos que proporcionarán información sobre la interacción entre la microestructura de la película y el transporte de carga en estos dispositivos".
