La combinaison de l'électrochimie bipolaire avec la rupture électrolytique des micelles conduit à la production de films minces organiques façonnés. L'approche consiste à induire sans fil une distribution de potentiel souhaitée sur une plaque dans une cellule électrolytique pour contrôler le « éclatement » des micelles en forme de bulles, qui libèrent leur cargaison pour former automatiquement un film. Des films minces personnalisés produits avec cette stratégie peu coûteuse pourraient débloquer des applications dans des systèmes de biocapteurs sophistiqués et dans l'optoélectronique. Crédit : Tokyo Tech
Des applications modernes et émergentes dans divers domaines ont trouvé des utilisations créatives pour les films minces organiques (TF); quelques exemples marquants incluent les capteurs, systèmes photovoltaïques, transistor, et optoélectronique. Cependant, les méthodes actuellement disponibles pour produire des TF, tels que le dépôt chimique en phase vapeur, coûtent cher et prennent du temps, et nécessitent souvent des conditions très contrôlées. Comme on pouvait s'y attendre, faire des TF avec des formes ou des distributions d'épaisseur spécifiques est encore plus difficile. Parce que déverrouiller cette personnalisation pourrait stimuler les progrès de nombreuses applications sophistiquées, les chercheurs explorent activement de nouvelles approches pour la fabrication de TF.
Dans une étude récente publiée dans Angewandte Chemie Édition Internationale , une équipe de scientifiques de Tokyo Tech a trouvé une stratégie intelligente et simple pour produire des motifs organiques TF avec une forme et une épaisseur contrôlables. La recherche a été dirigée par le professeur agrégé Shinsuke Inagi, dont le groupe s'est penché sur le potentiel de l'électrochimie bipolaire pour la fabrication de TF polymères. Dans cette branche particulière de l'électrochimie, un objet conducteur est immergé dans une cellule électrolytique, et le champ électrique généré par les électrodes de la cellule fait apparaître une différence de potentiel à travers la surface de l'objet. Ce potentiel électrique peut être suffisamment grand pour entraîner des réactions chimiques à la surface de l'objet introduit (et maintenant bipolaire). Notant que la distribution potentielle sur l'objet bipolaire dépend simultanément de multiples facteurs, L'équipe du professeur Inagi avait déjà exploité cette technique pour obtenir un bon degré de contrôlabilité dans les TF polymères fabriqués.
Maintenant, Yaqian Zhou, un doctorat candidat dans l'équipe du Pr Inagi, a combiné l'électrochimie bipolaire avec une stratégie unique développée dans les années 1980 par le Dr Saji et ses collègues, également de Tokyo Tech. Cette autre méthode, appelé « perturbation micellaire électrolytique (EMD), " consiste essentiellement à encapsuler un composé organique à l'intérieur de structures sphériques appelées micelles, qui sont, comme certains savons et détergents, composé de molécules tensioactives. Ces molécules tensioactives sont spéciales en ce qu'elles ont tendance à perdre facilement des électrons lorsqu'elles se trouvent à proximité d'une électrode chargée positivement; cela déstabilise les micelles et libère les composés organiques piégés à l'intérieur, qui s'accumulent ensuite et forment un film.
L'équipe a utilisé des cellules électrochimiques bipolaires spéciales avec différentes configurations pour contrôler la distribution de potentiel induite sans fil sur une plaque, créer, par exemple, un gradient de tension le long d'une direction ou d'une zone circulaire avec une zone de potentiel positif. Ils ont ensuite introduit des micelles chargées d'un composé organique souhaité. Le hic, c'est que ces micelles ont "éclaté" plus fréquemment sur les régions les plus chargées positivement de la plaque bipolaire. Ainsi, pendant qu'ils larguaient leur cargaison, les films minces qui se sont formés automatiquement ressemblaient beaucoup à la distribution de tension induite, offrant un degré intéressant de personnalisation. « Nous avons réussi à produire une variété de films minces organiques circulaires et à gradient d'épaisseur dans le cadre d'expériences de validation de principe, qui a confirmé la validité de notre approche proposée, " souligne le Pr Inagi.
Cette nouvelle stratégie est remarquablement peu coûteuse et rend les films minces personnalisables beaucoup plus accessibles. De plus, comme l'explique le professeur Inagi, la technique ne se limite pas aux molécules organiques et pourrait être rendue compatible avec les polymères et les matériaux carbonés. « Nous avons développé un outil prometteur pour diverses applications qui reposent sur des couches minces, pas seulement dans le domaine de la luminescence, mais aussi pour des domaines plus sophistiqués comme les systèmes de biocapteurs, en raison des conditions sans solvant organique et douces requises, " conclut-il. Espérons que, des améliorations supplémentaires sur cette technique combinée aideront à produire des films minces qui peuvent satisfaire toutes sortes de demandes pratiques.
