Molécules réactives, comme les radicaux libres, peut être produit dans le corps après une exposition à certains environnements ou substances et continuer à endommager les cellules. Les antioxydants peuvent minimiser ces dommages en interagissant avec les radicaux avant qu'ils n'affectent les cellules.

Dirigé par Enrique Gomez, professeur de génie chimique et de science et ingénierie des matériaux, Des chercheurs de Penn State ont appliqué ce concept pour éviter les dommages d'imagerie aux polymères conducteurs qui comprennent des dispositifs électroniques souples, comme les cellules solaires organiques, transistors organiques, dispositifs bioélectroniques et électronique flexible. Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans Communication Nature aujourd'hui (8 janvier).

Selon Gomez, La visualisation des structures des polymères conducteurs est cruciale pour développer davantage ces matériaux et permettre la commercialisation de dispositifs électroniques souples, mais l'imagerie réelle peut causer des dommages qui limitent ce que les chercheurs peuvent voir et comprendre.

"Il s'avère que des antioxydants, comme ceux que tu trouverais dans les baies, ne sont pas seulement bons pour vous mais sont également bons pour la microscopie des polymères, ", a déclaré Gomez.

Les polymères ne peuvent être imagés qu'à un certain point avec la microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM) car le bombardement d'électrons utilisé pour former des images brise l'échantillon.

Les chercheurs ont examiné ces dommages dans le but d'identifier sa cause fondamentale. Ils ont découvert que le faisceau d'électrons HRTEM générait des radicaux libres qui dégradaient la structure moléculaire de l'échantillon. Présentation de l'hydroxytoluène butylé, un antioxydant souvent utilisé comme additif alimentaire, à l'échantillon de polymère a empêché ces dommages et a supprimé une autre restriction sur les conditions d'imagerie - la température.

"Jusqu'à maintenant, la principale stratégie pour minimiser les dommages aux polymères a été l'imagerie à très basse température, " a déclaré Brooke Kuei, co-auteur de l'article, qui a obtenu son doctorat en science et ingénierie des matériaux au Penn State College of Earth and Mineral Sciences en août. "Notre travail démontre que les dommages causés par le faisceau peuvent être minimisés avec l'ajout d'antioxydants à température ambiante."

Bien que les chercheurs n'aient pas testé quantitativement les limites de résolution résultant de cette méthode, ils ont pu imager le polymère à une résolution de 3,6 angströms, une amélioration par rapport à leur résolution précédente de 16 angströms. En comparaison, un angström est environ un millionième de la largeur d'un cheveu humain.

Les polymères sont constitués de chaînes moléculaires superposées. La distance précédemment imagée de 16 angströms était la distance entre les chaînes, mais l'imagerie à 3,6 angströms a permis aux chercheurs de visualiser les modèles de contacts étroits le long des chaînes. Pour le polymère électriquement conducteur examiné dans cette étude, les chercheurs pourraient suivre la direction dans laquelle les électrons se déplacent. Selon Gomez, cela leur permet de mieux comprendre les structures conductrices dans les polymères.

"La clé de cette avancée dans la microscopie des polymères était de comprendre les principes fondamentaux de la façon dont les dommages se produisent dans ces polymères, ", a déclaré Gomez. "Cette avancée technologique aidera, espérons-le, à conduire à la prochaine génération de polymères organiques."