Ingeniører finder, at antioxidanter forbedrer nanoskala visualisering af polymerer

Reaktive molekyler, såsom frie radikaler, kan produceres i kroppen efter udsættelse for visse miljøer eller stoffer og fortsætte med at forårsage celleskader. Antioxidanter kan minimere denne skade ved at interagere med radikalerne, før de påvirker cellerne.

Anført af Enrique Gomez, professor i kemiteknik og materialevidenskab og teknik, Penn State -forskere har anvendt dette koncept for at forhindre billeddannelse på ledende polymerer, der omfatter bløde elektroniske enheder, såsom organiske solceller, organiske transistorer, bioelektroniske enheder og fleksibel elektronik. Forskerne offentliggjorde deres fund i Naturkommunikation i dag (8. jan.).

Ifølge Gomez, visualisering af strukturerne af ledende polymerer er afgørende for at videreudvikle disse materialer og muliggøre kommercialisering af bløde elektroniske enheder - men selve billeddannelsen kan forårsage skader, der begrænser, hvad forskere kan se og forstå.

"Det viser sig antioxidanter, som dem du finder i bær, er ikke kun gode for dig, men er også gode til polymermikroskopi, "Sagde Gomez.

Polymerer kan kun afbildes til et bestemt punkt med højopløselig transmissionselektronmikroskopi (HRTEM), fordi bombardementet af elektroner, der bruges til at danne billeder, bryder prøven fra hinanden.

Forskerne undersøgte denne skade med det mål at identificere dens grundlæggende årsag. De fandt ud af, at HRTEM-elektronstrålen genererede frie radikaler, der forringede prøvens molekylære struktur. Introduktion af butyleret hydroxytoluen, en antioxidant, der ofte bruges som tilsætningsstof til fødevarer, til polymerprøven forhindrede denne skade og fjernede en anden begrænsning for billeddannelsesbetingelser - temperatur.

"Indtil nu, hovedstrategien for at minimere polymerskader har været billeddannelse ved meget lave temperaturer, " sagde papirets medforfatter Brooke Kuei, som fik sin doktorgrad i materialevidenskab og teknik i Penn State College of Earth and Mineral Sciences i august. "Vores arbejde viser, at stråleskader kan minimeres ved tilsætning af antioxidanter ved stuetemperatur."

Selvom forskerne ikke kvantitativt testede de opløsningsgrænser, der var resultatet af denne metode, de var i stand til at afbilde polymeren ved en opløsning på 3,6 ångstrøm, en forbedring fra deres tidligere opløsning på 16 ångstrøm. Til sammenligning, en ångstrøm er omkring en milliontedel af bredden af ​​et menneskehår.

Polymerer er opbygget af molekylære kæder, der ligger oven på hinanden. Den tidligere afbildede afstand på 16 ångstrøm var afstanden mellem kæder, men billeddannelse med 3,6 ångstrøm tillod forskere at visualisere mønstre af tætte kontakter langs kæderne. For den elektrisk ledende polymer undersøgt i denne undersøgelse, forskere kunne følge retningen, elektroner bevæger sig langs. Ifølge Gomez, dette giver dem mulighed for bedre at forstå de ledende strukturer i polymerer.

"Nøglen til denne fremgang i polymermikroskopi var at forstå det grundlæggende for, hvordan skaden opstår i disse polymerer, " sagde Gomez. "Dette teknologiske fremskridt vil forhåbentlig hjælpe med at føre til den næste generation af organiske polymerer."