(PhysOrg.com) -- Twee wetenschappers die in Europa werken, hebben de weg vrijgemaakt voor verbeterde plastic elektronica door een techniek te bedenken die kan worden gebruikt om beelden van plastic mengsels op nanoschaal tegelijkertijd in het lichaam van het materiaal en aan het oppervlak te maken.

Goedkope plastic zonnecellen, helderdere schermen, en een langere levensduur van de batterij voor mobiele telefoons en e-readers zijn enkele te verwachten resultaten, omdat fabrikanten de methode kunnen gebruiken om de materialen die ze gebruiken beter te begrijpen.

Chris McNeill van de University of Cambridge (VK) en Ben Watts van het Paul Scherrer Institute (Zwitserland) zijn de onderzoekers achter de doorbraak gepubliceerd in Macromoleculaire snelle communicatie . Ze schijnen synchrotronstraling op polymeermengsels om geavanceerde röntgenfoto's met meerdere golflengten te maken van het grootste deel van het polymeermengsel, en verzamel tegelijkertijd de elektronen gevormd door de interactie van de röntgenstralen met het oppervlak van het monster. De tweede afbeelding kan direct worden vergeleken met de eerste om de verschillen in verdeling van de componenten in het lichaam van de film en op het oppervlak te zien.

Het oppervlaktebeeldvormingsgedeelte werkt omdat alle foto-elektronen die in het grootste deel van het materiaal worden gevormd, worden geabsorbeerd voordat ze het oppervlak bereiken, en daarom zijn alleen die gevormd aan het oppervlak vrij om het materiaal te verlaten en een signaal te creëren, dat is "klein, maar meetbaar".

Watts legt uit dat "de röntgenstralen die op het monster schijnen "afgestemd zijn op het koolstofatoom", waardoor de polymeren, die meestal koolstof zijn, om "op een manier te resoneren waardoor ze veel meer van het licht bij bepaalde golflengten absorberen dan je anders zou verwachten. Deze resonantie tussen het licht en het atoom is ook erg gevoelig voor de manier waarop de atomen aan elkaar zijn gekoppeld... wat resulteert in een [hoog] contrast tussen polymeermaterialen die anders bijna identiek lijken." Een voorbeeld wordt getoond in de afbeelding.

“Bij Cambridge zijn we geïnteresseerd in het gebruik van halfgeleidende polymeren voor toepassingen in zonnecellen, lichtgevende dioden (LED's), en transistoren, ', zegt Mc Neill. “Zoals het geval is in andere gebieden van de polymeerwetenschap, het mengen van twee halfgeleidende polymeren stelt je soms in staat om eigenschappen of functies te bereiken die niet kunnen worden bereikt met het ene polymeer alleen. De efficiëntie van polymere zonnecellen en LED's wordt sterk verbeterd door vermenging, en we zijn vooral geïnteresseerd in hoe filmmicrostructuur de prestaties van apparaten beïnvloedt. Het is van cruciaal belang om niet alleen de bulkstructuur, maar ook de oppervlaktestructuur in beeld te kunnen brengen, omdat het de oppervlakken zijn die verbinding maken met de elektroden (en de buitenwereld), dus het hebben van een techniek die ons helpt te begrijpen hoe oppervlakte- en bulkstructuren met elkaar zijn verbonden, was zeer wenselijk.”

Beide wetenschappers studeerden in dezelfde groep in Australië voordat ze hun eigen weg gingen; McNeill om zijn interesse in organische halfgeleiders voort te zetten, en Watts zijn in op synchrotron gebaseerde karakterisering. Hun expertise op complementaire gebieden betekende dat ze op de hoogte waren van actuele problemen op het gebied van plastic elektronica en tegelijkertijd op de hoogte waren van nieuwe mogelijkheden voor geavanceerde materiaalkarakterisering.

McNeill:“In zekere zin zijn alle componenten die nodig zijn voor een dergelijk experiment al een tijdje beschikbaar, en het vereiste een realisatie van deze mogelijkheid en de montage van de componenten. We erkennen Rainer Fink van de Universität Erlangen-Nürnberg voor het eerst demonstreren van de haalbaarheid van het experiment... Er waren enkele technische uitdagingen bij het onderdrukken van de foto-elektronen die uit andere delen van het experiment worden uitgezonden om alleen die uit het monster te detecteren, maar deze werden meestal overwonnen door Bens hardnekkige volharding en grondigheid.”

Ze zien het werk als een voordeel, niet alleen voor degenen die met halfgeleidende polymeren werken, die nodig zijn voor plastic elektronica, maar alle soorten dunnefilmpolymeermengsels. Er kunnen ook toepassingen zijn in andere biologische, maar niet-polymeer, mengsels of andere materialen waarbij "karakterisering van oppervlakte en bulk cruciaal is."

De volgende stappen omvatten het uitbreiden van de analyse van de oppervlaktestructuur tot "een volledige kwantitatieve analyse", volgens McNeill, "Dit zou beeldvorming vereisen bij meerdere röntgenfoton-energieën." Maar de langere belichtingstijden die nodig zijn, kunnen de onderzochte oppervlakken beschadigen. "We passen onze techniek ook toe op de studie van polykristallijne halfgeleidende polymeerfilms die inzicht zullen geven in het samenspel tussen filmmicrostructuur en ladingstransport in deze apparaten."