Geavanceerde röntgentechnieken hebben nieuwe structurele details onthuld over de specifieke rangschikking van atomen in geconjugeerde polymeren, een belangrijke klasse van materialen die worden gebruikt in leds, organische zonnecellen, transistoren, sensoren en thermo-elektrische apparaten.

Geconjugeerde polymeren zijn organische macromoleculen met een ongebruikelijke elektronische structuur, een ruggengraat met afwisselend enkele en dubbele bindingen, die interessante, nuttige optische en elektrische eigenschappen.

Vanwege een mate van wanorde in de rangschikking van atomen in geconjugeerde polymeren, het gebruik van directe methoden, zoals conventionele röntgendiffractie, onthult slechts beperkte informatie.

Onderzoekers van de Monash University onder leiding van professor Christopher McNeill, in samenwerking met Amerikaanse medewerkers van Brookhaven National Laboratory, hebben aangetoond dat resonante röntgendiffractie die wordt uitgevoerd bij röntgenstralingsenergieën die resoneren met zwavelatomen in het polymeer, onderscheid kan maken tussen verschillende soorten pakkingsstructuren in geconjugeerde polymeren.

Het onderzoek is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society en verdiende een binnenkant achteromslag van de publicatie.

Instrumentwetenschapper Dr. Lars Thomsen zei dat Near-edge Absorption Fine Structure (NEXAFS) spectroscopie uitgevoerd op de Soft X-ray spectroscopie bundellijn bij de Australian Synchrotron spectroscopische informatie opleverde die nodig was voor de analyse van de resonante diffractiegegevens.

Thomsen heeft met McNeill samengewerkt aan het structurele onderzoek van geconjugeerde polymeren met behulp van synchrotron-technieken, Jarenlang hoogleraar Materials Science and Engineering aan de Monash University.

De resonantiediffractiemetingen werden uitgevoerd bij NSLS-II in Brookhaven National Lab in de Verenigde Staten door eerste auteur Guillaume Freychet.

"Geconjugeerde polymeren hebben een ringstructuur, zoals benzeen, met orbitalen die boven en onder de ringen uitkomen. De elektronen bewegen door de orbitalen, ’ legt Thomsen uit.

"Als je een apparaat hebt met aan weerszijden een paar elektroden en een geconjugeerde polymeerlaag ertussen, je wilt dat alle polymeren in dezelfde richting worden georiënteerd, zodat de elektronen vrij van de ene elektrode naar de andere kunnen bewegen, " hij voegde toe.

"NEXAFS kan u de informatie geven over de uitlijning van de polymeren ten opzichte van het oppervlak, " hij zei.

"Bij gebruik van organische polymeren in een apparaat, het is belangrijk om de moleculen op een bepaalde manier uit te lijnen om de beste prestaties te krijgen, ’ legt Thomsen uit.

Thomsen zei dat het energiebereik voor het experiment iets verder was dan wat gewoonlijk op het instrument wordt gebruikt, maar ze waren in staat om gegevens te verkrijgen met goede resultaten.