(PhysOrg.com) -- Deux scientifiques travaillant en Europe ont ouvert la voie à une électronique plastique améliorée en concevant une technique qui peut être utilisée pour prendre des images de mélanges de plastique à l'échelle nanométrique simultanément dans le corps du matériau et à la surface.
Cellules solaires en plastique à faible coût, des écrans plus lumineux, et une autonomie plus longue pour les téléphones portables et les liseuses électroniques sont des résultats prévisibles, car les fabricants pourraient utiliser la méthode pour mieux comprendre les matériaux qu'ils utilisent.
Chris McNeill de l'Université de Cambridge (Royaume-Uni) et Ben Watts de l'Institut Paul Scherrer (Suisse) sont les chercheurs à l'origine de la percée publiée dans Communications rapides macromoléculaires . Ils diffusent un rayonnement synchrotron sur des mélanges de polymères pour prendre des images radiographiques sophistiquées à plusieurs longueurs d'onde de la majeure partie du mélange de polymères, et en même temps collecter les électrons formés par l'interaction des rayons X avec la surface de l'échantillon. La deuxième image peut être comparée directement avec la première pour voir les différences de répartition des composants dans le corps du film et sur la surface.
La partie d'imagerie de surface fonctionne car tous les photoélectrons formés dans la masse du matériau sont absorbés avant d'atteindre la surface, et donc seuls ceux formés en surface sont libres de sortir de la matière et de créer un signal, qui est « petit, mais mesurable ».
Watts explique que « les rayons X qui brillent sur l'échantillon sont « accordés à l'atome de carbone », provoquant les polymères, qui sont principalement du carbone, à « résonner d'une manière qui les fait absorber beaucoup plus de lumière à des longueurs d'onde particulières que ce à quoi on pourrait s'attendre autrement. Cette résonance entre la lumière et l'atome est également très sensible à la manière dont les atomes sont liés entre eux... ce qui entraîne un contraste [élevé] entre des matériaux polymères qui semblent autrement presque identiques. Un exemple est montré dans l'image.
« A Cambridge, nous nous intéressons à l'utilisation de polymères semi-conducteurs pour des applications dans les cellules solaires, diodes électroluminescentes (LED), et transistors, " dit McNeill. "Comme c'est le cas dans d'autres domaines de la science des polymères, le mélange de deux polymères semi-conducteurs vous permet parfois d'obtenir des propriétés ou des fonctions qui ne peuvent être obtenues avec un seul polymère. L'efficacité des cellules solaires polymères et des LED est considérablement améliorée grâce au mélange, et nous nous intéressons particulièrement à la façon dont la microstructure du film affecte les performances du dispositif. Être capable d'imager non seulement la structure en vrac mais aussi la structure de surface est essentiel, comme ce sont les surfaces qui se connectent aux électrodes (et au monde extérieur), il était donc hautement souhaitable de disposer d'une technique qui nous aide à comprendre comment les structures de surface et en vrac sont connectées.
Les deux scientifiques ont étudié dans le même groupe en Australie avant de se séparer; McNeill pour poursuivre son intérêt pour les semi-conducteurs organiques, et Watts le sien dans la caractérisation basée sur le synchrotron. Leur expertise dans des domaines complémentaires leur a permis d'être au fait des enjeux actuels dans le domaine de l'électronique plastique tout en étant conscients des nouvelles opportunités pour la caractérisation avancée des matériaux.
McNeill :« Dans un sens, tous les composants requis pour une telle expérience sont disponibles depuis un certain temps, et cela nécessitait une réalisation de cette opportunité et l'assemblage des composants. Nous remercions Rainer Fink de l'Universität Erlangen-Nürnberg pour avoir d'abord démontré la faisabilité de l'expérience… Il y avait quelques défis techniques à devoir supprimer les photoélectrons émis par d'autres parties de l'expérience afin de détecter uniquement ceux provenant de l'échantillon, mais ceux-ci ont été surmontés principalement grâce à la persévérance et à la minutie de Ben. "
Ils considèrent que le travail ne profite pas seulement à ceux qui travaillent avec des polymères semi-conducteurs, qui sont nécessaires pour l'électronique plastique, mais tous les types de mélanges de polymères à couche mince. Il peut également y avoir des applications dans d'autres produits biologiques, mais non polymère, mélanges ou autres matériaux où « la caractérisation de la surface et du volume est cruciale ».
Les prochaines étapes consistent à étendre l'analyse de la structure de surface à « une analyse quantitative complète », selon McNeill, "Cela nécessiterait une imagerie à plusieurs énergies de photons de rayons X." Mais les temps d'exposition plus longs requis pourraient endommager les surfaces étudiées. "Nous appliquons également notre technique à l'étude des films polymères semi-conducteurs polycristallins qui fourniront un aperçu de l'interaction entre la microstructure du film et le transport de charges dans ces dispositifs."
