Les chercheurs ont analysé les propriétés d'un polymère organique avec des applications potentielles dans l'électronique flexible et découvert des variations de dureté à l'échelle nanométrique, la première fois qu'une structure aussi fine a été observée dans ce type de matériau.

Le domaine de l'électronique organique a bénéficié de la découverte de nouveaux polymères semi-conducteurs dotés de squelettes moléculaires résistants aux torsions et aux courbures, ce qui signifie qu'ils peuvent transporter des charges même s'ils sont fléchis en différentes formes.

On avait supposé que ces matériaux ressemblaient à une assiette de spaghettis à l'échelle moléculaire, sans aucun ordre à longue distance. Cependant, une équipe internationale de chercheurs a découvert que pour au moins un de ces matériaux, il existe de minuscules poches d'ordre à l'intérieur. Ces poches ordonnées, d'à peine quelques dix-milliardièmes de mètre de diamètre, sont plus rigides que le reste du matériau, ce qui lui donne une structure "gâteau aux fruits" avec des régions plus dures et plus molles.

Les travaux ont été menés par l'Université de Cambridge et Park Systems UK Limited, avec KTH Stockholm en Suède, les universités de Namur et de Mons en Belgique et l'Université de Wake Forest aux États-Unis. Leurs résultats, rapportés dans la revue Nature Communications , pourraient être utilisés dans le développement de dispositifs microélectroniques et bioélectroniques de nouvelle génération.

Étudier et comprendre les propriétés mécaniques de ces matériaux à l'échelle nanométrique (un domaine connu sous le nom de nanomécanique) pourrait aider les scientifiques à affiner ces propriétés et à rendre les matériaux adaptés à un plus large éventail d'applications.

"Nous savons que le tissu de la nature à l'échelle nanométrique n'est pas uniforme, mais trouver l'uniformité et l'ordre là où nous ne nous attendions pas à le voir a été une surprise", a déclaré le Dr Deepak Venkateshvaran du laboratoire Cavendish de Cambridge, qui a dirigé la recherche.

Les chercheurs ont utilisé une technique d'imagerie appelée imagerie en mode propre supérieur pour prendre des images à l'échelle nanométrique des régions d'ordre dans un polymère semi-conducteur appelé indacenodithiophène-co-benzothiadiazole (C16-IDTBT). Ces images montraient clairement comment les chaînes polymères individuelles s'alignaient les unes à côté des autres dans certaines régions du film polymère. Ces régions d'ordre mesurent entre 10 et 20 nanomètres.

"La sensibilité de ces méthodes de détection nous a permis de cartographier l'auto-organisation des polymères jusqu'aux brins moléculaires individuels", a déclaré le co-auteur, le Dr Leszek Spalek, également du laboratoire Cavendish. "L'imagerie en mode propre supérieur est une méthode précieuse pour caractériser les propriétés nanomécaniques des matériaux, étant donné la préparation d'échantillon relativement facile qui est requise."

D'autres mesures de la rigidité du matériau à l'échelle nanométrique ont montré que les zones où les polymères s'auto-organisaient en régions ordonnées étaient plus dures, tandis que les régions désordonnées du matériau étaient plus molles. Les expériences ont été réalisées dans des conditions ambiantes par opposition à un ultra-vide, qui avait été une exigence dans les études précédentes.

"Les polymères organiques sont normalement étudiés pour leurs applications dans l'électronique flexible de grande surface, à l'échelle centimétrique", a déclaré Venkateshvaran. "La nanomécanique peut compléter ces études en développant une compréhension de leurs propriétés mécaniques à des échelles ultra-petites avec des résolutions sans précédent.

"Ensemble, les connaissances fondamentales acquises grâce aux deux types d'études pourraient inspirer une nouvelle génération de dispositifs microélectroniques et bioélectroniques souples. Ces dispositifs futuristes combineront les avantages de la flexibilité à l'échelle centimétrique, de l'homogénéité à l'échelle micrométrique et du mouvement mécanique contrôlé électriquement à l'échelle nanométrique des chaînes polymères. avec une biocompatibilité supérieure." + Explorer plus loin

Amélioration du comportement électromécanique d'un polymère souple