Новый метод сделает электронику надежнее: что известно

Новые методы создания токопроводящих сопряженных полимеров без структурных дефектов повысят функциональность и надежность оптоэлектронных устройств и освободят их от токсичных металлов.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Новое исследование позволяет глубже понять, как формируются используемые в электронике пластиковые материалы и как скрытые дефекты в структуре могут ограничивать их производительность и функциональность.

Сопряженные полимеры (conjugated polymers) — это разновидность пластика, который проводит электричество и используется в оптоэлектронике, вычислительной технике, биосенсорах и производстве электроэнергии. Эти легкие, недорогие материалы могут быть напечатаны тонкими слоями на гибких подложках, что делает их идеальными для технологий нового поколения.

Международная команда ученых изучила популярный метод получения полимеров, называемый альдольной конденсацией, который получил высокую оценку за универсальность, независимость от металлов, экологичность и возможность неограниченного масштабирования. Ученые опубликовали свои результаты в журнале Nature Communications. В работе утверждается, что этот метод синтеза приводит к структурным дефектам, которые могут повлиять на электропроводность полимера и на его способность преобразовывать тепло в электрическую энергию в термоэлектрических устройствах.

Старший автор, профессор Джованни Костантини (Giovanni Costantini) из Бирмингемского университета, в своих комментариях отметил, что процесс альдольной конденсации может создавать дефекты в полимерных цепочках, подобные неверным шагам в «молекулярном танце». Они могут нарушить прохождение потока электронов через материал, снижая эффективность и надежность устройств. Решение этой проблемы поможет разработке высокопроизводительной, гибкой и недорогой электроники и снизит зависимость от редких или токсичных металлов.

Эти дефекты, а также вторичные пути реакции, которые их вызывают, ранее не рассматривались вообще, поскольку традиционные методы анализа не позволяют их обнаружить.

Ученые использовали мощный метод визуализации, называемый сканирующей туннельной микроскопией (STM), в сочетании с электрораспылением (ESD), что позволило им анализировать структуры полимеров на молекулярном уровне. Максимальное увеличение изображения позволяло увидеть, как соединяются «строительные блоки» по одной молекуле за раз.

Специалисты изучили четыре различных полимера, полученных с использованием альдольной конденсации, и обнаружили два основных типа дефектов:

• Дефекты сцепления — это как бы перегибы в полимерной цепи, вызванные неправильной ориентацией или положением соединяемых элементов;
• Дефекты последовательности — возникают при неправильном порядке расположения элементов, например, при наличии двух одинаковых блоков в ряду, когда они должны чередоваться.

Однако, скорректировав химический состав и очистив компоненты перед полимеризацией, исследователи смогли значительно сократить количество дефектов. Один из подходов заключался в использовании альдольной конденсации для создания небольших, четко очерченных молекул, которые затем соединялись с помощью другой методики. В результате  получались гораздо более чистые полимерные цепи.

Мы сделали важный шаг вперед в понимании того, как создавать более эффективные и экологичные материалы для электроники. Наша работа показывает, что экологически чистая химия нуждается в тщательном контроле на молекулярном уровне для достижения наилучших результатов.Джованни Костантиниавтор исследования. https://www.birmingham.ac.uk/staff/profiles/chemistry/costantini-giovanni

О лабораторном доказательстве термоэлектрического эффекта Томсона читайте в материале Hi-Tech Mail.

• технологии

Поделиться