(PhysOrg.com) -- Due scienziati che lavorano in Europa hanno spianato la strada a una migliore elettronica di plastica ideando una tecnica che può essere utilizzata per acquisire immagini di miscele di plastica su scala nanometrica contemporaneamente nel corpo del materiale e in superficie.
Celle solari in plastica a basso costo, display più luminosi, e una maggiore durata della batteria per telefoni cellulari ed e-reader sono alcuni risultati prevedibili, poiché i produttori potrebbero utilizzare il metodo per comprendere meglio i materiali che utilizzano.
Chris McNeill dell'Università di Cambridge (Regno Unito) e Ben Watts del Paul Scherrer Institute (Svizzera) sono i ricercatori dietro la svolta pubblicata in Comunicazioni rapide macromolecolari . Emettono radiazioni di sincrotrone sulle miscele polimeriche per acquisire sofisticate immagini a raggi X a più lunghezze d'onda della maggior parte della miscela polimerica, e contemporaneamente raccolgono gli elettroni formati dall'interazione dei raggi X con la superficie del campione. La seconda immagine può essere confrontata direttamente con la prima per vedere le differenze di distribuzione dei componenti nel corpo del film e sulla superficie.
La parte di imaging della superficie funziona perché tutti i fotoelettroni formati nella massa del materiale vengono assorbiti prima di raggiungere la superficie, e quindi solo quelli formati in superficie sono liberi di lasciare il materiale e creare un segnale, che è “piccolo, ma misurabile”.
Watts spiega che "i raggi X che brillano sul campione sono "sintonizzati sull'atomo di carbonio", causando i polimeri, che sono per lo più carbonio, per “risuonare in un modo che li fa assorbire molta più luce a particolari lunghezze d'onda di quanto ci si aspetterebbe altrimenti. Questa risonanza tra la luce e l'atomo è anche molto sensibile al modo in cui gli atomi sono collegati tra loro... risultando in un contrasto [alto] tra materiali polimerici che altrimenti apparirebbero quasi identici". Un esempio è mostrato nell'immagine.
“A Cambridge siamo interessati all'uso di polimeri semiconduttori per applicazioni in celle solari, diodi emettitori di luce (LED), e transistor, "dice McNeill. “Come nel caso di altre aree della scienza dei polimeri, la miscelazione di due polimeri semiconduttori a volte consente di ottenere proprietà o funzioni che non possono essere ottenute con un solo polimero. L'efficienza delle celle solari polimeriche e dei LED è notevolmente migliorata attraverso la miscelazione, e siamo particolarmente interessati a come la microstruttura del film influisce sulle prestazioni del dispositivo. Essere in grado di visualizzare non solo la struttura sfusa ma anche la struttura superficiale è fondamentale, poiché sono le superfici che si collegano agli elettrodi (e al mondo esterno), quindi avere una tecnica che ci aiuta a capire come sono collegate le strutture di superficie e di massa era altamente desiderabile.
Entrambi gli scienziati hanno studiato nello stesso gruppo in Australia prima di prendere strade separate; McNeill di perseguire il suo interesse per i semiconduttori organici, e Watts la sua nella caratterizzazione basata sul sincrotrone. La loro esperienza in aree complementari significava che erano al passo con le problematiche attuali nel campo dell'elettronica plastica pur essendo consapevoli delle nuove opportunità per la caratterizzazione avanzata dei materiali.
McNeill:"In un certo senso tutti i componenti necessari per un simile esperimento erano disponibili da un po', e ha richiesto una realizzazione di questa opportunità e l'assemblaggio dei componenti. Ringraziamo Rainer Fink dell'Universität Erlangen-Nürnberg per aver dimostrato per primo la fattibilità dell'esperimento... Ci sono state alcune sfide tecniche nel dover sopprimere i fotoelettroni emessi da altre parti dell'esperimento per rilevare solo quelli provenienti dal campione, ma questi sono stati superati principalmente grazie alla caparbietà e alla meticolosità di Ben".
Vedono il lavoro come vantaggioso non solo per coloro che lavorano con i polimeri semiconduttori, che sono necessari per l'elettronica di plastica, ma tutti i tipi di miscele polimeriche a film sottile. Ci possono essere anche applicazioni in altri organici, ma non polimerico, miscele o altri materiali in cui "la caratterizzazione di superficie e volume è cruciale".
I prossimi passi prevedono l'estensione dell'analisi della struttura superficiale a "un'analisi quantitativa completa", secondo McNeill, "Ciò richiederebbe l'imaging a più energie di fotoni a raggi X". Ma i tempi di esposizione più lunghi richiesti potrebbero danneggiare le superfici oggetto di studio. "Stiamo anche applicando la nostra tecnica allo studio di film polimerici semiconduttori policristallini che forniranno informazioni sull'interazione tra la microstruttura del film e il trasporto di carica in questi dispositivi".
