Des films minces de polymères semi-conducteurs ont été fabriqués avec une croissance initiée en surface, résultant en une organisation moléculaire unique. Des chaînes de polymères se sont développées à partir de la surface, puis se sont pliées pour former des faisceaux à travers l'épaisseur du film. Les faisceaux étaient cristallins et mesuraient environ 3 nanomètres (nm) de large. Les faisceaux latéraux voisins étaient densément emballés côte à côte, créant une organisation moléculaire complexe. Cette architecture contrôlée pourrait être utilisée pour améliorer les dispositifs électroluminescents et les cellules solaires. Crédit :Evgueni Nesterov, Université d'État de Louisiane
Pour construire de meilleures cellules solaires, les scientifiques doivent concevoir des matériaux de bas en haut, placer des chaînes de molécules là où elles sont nécessaires. Les scientifiques ont mis au point une nouvelle façon de se développer de manière ordonnée, faisceaux denses de chaînes moléculaires, en particulier des chaînes polymères semi-conductrices. Les chaînes se sont repliées sur elles-mêmes pour former des faisceaux qui s'étendaient de la plaque de croissance à la surface du film. Les paquets étaient emballés côte à côte avec les paquets voisins. Cette approche ascendante, en commençant par les blocs de construction et en créant la structure plus grande, a été utilisé pour faire des films de grande surface avec de minuscules motifs. Les films ont une architecture maîtrisée, assemblage uniforme et excellente stabilité.
Les films minces de polymères semi-conducteurs ont une structure unique et sont très stables. Les films pourraient augmenter l'efficacité et la durée de vie des dispositifs électroluminescents organiques et des cellules solaires.
Les méthodes traditionnelles utilisant un traitement basé sur une solution « descendante » ne permettent généralement qu'un contrôle modeste sur l'organisation moléculaire et l'alignement de la chaîne des polymères semi-conducteurs. Aujourd'hui, une équipe dirigée par des scientifiques de la Louisiana State University a développé une approche « de bas en haut » utilisant la croissance initiée par la surface d'un polymère semi-conducteur appelé polythiophène pour préparer des films minces. Le polythiophène est un matériau électronique organique prometteur. Des études structurelles approfondies des films minces utilisant la diffusion des rayons X et des neutrons ont révélé des informations détaillées sur l'organisation moléculaire unique et la morphologie en vrac des films. Les études approfondissent également notre compréhension fondamentale de la polymérisation. Remarquablement, les chaînes polymères formaient des domaines cristallins latéraux densément tassés s'étendant sur environ 3 nanomètres, avec un alignement prédominant dans le plan des chaînes polymères repliées dans chaque domaine. La réalisation d'une organisation aussi complexe à échelle intermédiaire est pratiquement impossible avec les méthodes traditionnelles reposant sur le traitement en solution de polymères pré-synthétisés. Cette morphologie unique serait particulièrement adaptée aux applications nécessitant un transport de charge efficace à travers les films, comme dans les dispositifs photovoltaïques et électroluminescents. En général, la polymérisation initiée en surface n'est pas limitée au polythiophène mais peut également être étendue à d'autres classes de polymères et copolymères semi-conducteurs.
