Le applicazioni moderne ed emergenti in vari campi hanno trovato usi creativi per i film sottili organici (TF); alcuni esempi importanti includono sensori, impianti fotovoltaici, transistor, e optoelettronica. Però, i metodi attualmente disponibili per la produzione di TF, come la deposizione di vapore chimico, sono costosi e richiedono tempo, e spesso richiedono condizioni altamente controllate. Come ci si aspetterebbe, realizzare TF con forme o distribuzioni di spessore specifiche è ancora più impegnativo. Poiché sbloccare questa possibilità di personalizzazione potrebbe stimolare i progressi in molte applicazioni sofisticate, i ricercatori stanno esplorando attivamente nuovi approcci per la fabbricazione di TF.

In un recente studio pubblicato su Angewandte Chemie Edizione Internazionale , un team di scienziati della Tokyo Tech ha trovato una strategia intelligente e diretta per produrre modelli TF organici con una forma e uno spessore controllabili. La ricerca è stata guidata dal Professore Associato Shinsuke Inagi, il cui gruppo ha approfondito il potenziale dell'elettrochimica bipolare per la fabbricazione di TF polimerici. In questo particolare ramo dell'elettrochimica, un oggetto conduttore è immerso in una cella elettrolitica, e il campo elettrico generato dagli elettrodi della cella fa emergere una differenza di potenziale attraverso la superficie dell'oggetto. Questo potenziale elettrico può essere abbastanza grande da guidare reazioni chimiche sulla superficie dell'oggetto introdotto (e ora bipolare). Notando che la distribuzione potenziale sull'oggetto bipolare dipende simultaneamente da più fattori, Il team del Prof. Inagi aveva precedentemente sfruttato questa tecnica per ottenere un buon grado di controllabilità nei TF polimerici fabbricati.

Ora, Yaqian Zhou, un dottorato di ricerca candidato nel team del Prof. Inagi, ha combinato l'elettrochimica bipolare con una strategia unica sviluppata negli anni '80 dal Dr. Saji e colleghi, anche da Tokyo Tech. Questo altro metodo, chiamato "disturbo micellare elettrolitico (EMD), " consiste sostanzialmente nell'incapsulare un composto organico all'interno di strutture sferiche chiamate micelle, quali sono, come alcuni saponi e detersivi, composto da molecole di tensioattivo. Queste molecole tensioattive sono speciali in quanto tendono a perdere facilmente elettroni quando si trovano vicino a un elettrodo caricato positivamente; questo destabilizza le micelle e rilascia i composti organici intrappolati all'interno, che poi si accumulano e formano un film.

Il team ha impiegato speciali celle elettrochimiche bipolari con diverse configurazioni per controllare la distribuzione del potenziale indotta in modalità wireless su una piastra, creare, Per esempio, un gradiente di tensione lungo una direzione o un'area circolare con una zona a potenziale positivo. Hanno quindi introdotto micelle caricate con un composto organico desiderato. Il problema è che queste micelle "sbucano" più frequentemente nelle regioni più cariche positivamente sulla piastra bipolare. Così, mentre rilasciavano il loro carico, i film sottili che si sono formati automaticamente assomigliavano molto alla distribuzione della tensione indotta, fornendo un interessante grado di personalizzazione. "Siamo riusciti a produrre una varietà di film sottili organici con gradiente di spessore e circolari in esperimenti di proof-of-concept, che ha confermato la validità del nostro approccio proposto, " evidenzia il prof. Inagi.

Questa nuova strategia è notevolmente poco costosa e rende i film sottili personalizzabili molto più accessibili. Inoltre, come spiega il Prof. Inagi, la tecnica non è limitata alle molecole organiche e potrebbe essere resa compatibile con polimeri e materiali di carbonio. "Abbiamo sviluppato uno strumento promettente per varie applicazioni che si basano su film sottili, non solo nel campo della luminescenza, ma anche per aree più sofisticate come i sistemi di biosensori, a causa delle condizioni blande e prive di solventi organici richieste, " conclude. Si spera, ulteriori miglioramenti su questa tecnica combinata aiuteranno a produrre film sottili in grado di soddisfare ogni tipo di esigenza pratica.