Pausens kraft:Kontrolleret aflejring for effektive og langtidsholdbare organiske enheder

Organiske optoelektroniske enheder, såsom organiske lysemitterende dioder (OLED'er), bruger molekyler med specifikke strukturer arrangeret på tynde film. Derudover er arrangementet af disse molekyler på enhver overflade afgørende for forskellige processer, der forekommer i disse enheder.

Dette arrangement styres af to primære faktorer:aflejringshastigheden (hvor hurtigt molekylerne placeres) og overfladetemperaturen. Langsommere aflejringshastigheder og højere temperaturer letter det korrekte arrangement, hvilket resulterer i mere stabile strukturer. At finde den rigtige tidsskala for denne proces er også kritisk, og forskere leder nu efter måder at kontrollere disse faktorer for optimal molekylær indretning på overflader.

I en nylig undersøgelse viste et hold fra Japan ledet af Prof. Hisao Ishii fra Graduate School of Science and Engineering og Center for Frontier Science ved Chiba University sammen med Masahiro Ohara fra Chiba University og Dr. Yuya Tanaka fra Graduate School of Videnskab og teknologi ved Gunma University har introduceret en ny metode til aflejring, der opnår passende molekylær arrangement.

Deres artikel er publiceret i ACS Applied Materials and Interfaces . "Ved deponering af organiske molekyler ved vakuumaflejring, ændres orienteringen af ​​molekylerne over tid ved at sætte aflejringen på pause. Desuden er det, ved at ændre aflejringsbetingelserne, muligt at invertere orienteringen af ​​både hoved- og haleenden af ​​molekylerne ," forklarer prof. Ishii.

I deres undersøgelse fandt holdet en enkel, men genial måde at kontrollere orienteringen af ​​molekyler aflejret på aluminium og benzenholdige tynde film, betegnet som Alq₃ og TPBi, henholdsvis. De brugte en metode kaldet "intermitterende aflejring", som introducerer pauser under aflejringsprocessen, og de udviklede en opdateret version af et værktøj kaldet "rotary Kelvin probe" (RKP). Dette blev brugt til at måle overfladepotentialet (spænding på materialets overflade) under og efter aflejringen i realtid.

Ved gentagne gange at åbne og lukke aflejringslukkeren med bestemte intervaller, kunne forskerne ændre polariseringen (fordelingen af ​​ladninger), hvilket påvirkede, hvordan molekylerne blev orienteret på filmene.

Den nye tilgang til intermitterende aflejring skabte et afslappet og stabilt overfladelag med kontrollerbar polarisering. Undersøgelsen afslørede også, hvordan overfladeafslapning påvirkede molekylær orientering og dannelsen af ​​en potentiel dal (formet som et "V"). Faktisk muliggør denne aflejringsmetode skabelsen af ​​en vilkårlig potentialprofil for ønskede molekylære orienteringer på den tynde film af interesse.

Med hensyn til applikationer kan denne intermitterende aflejringsteknik forbedre effektiviteten og levetiden af ​​OLED-materialer. Derudover kan den også bruges til ikke-polære organiske molekyler, hvilket gør den nyttig til enheder som organiske fotovoltaiske celler og transistorer.

Prof. Ishii siger:"Denne metode forventes at forbedre effektiviteten og levetiden af ​​OLED'er yderligere. Ud over OLED'er fremmer den også udviklingen af ​​andre organiske enheder, såsom organiske hukommelsesenheder. Derfor vil udskiftning af konventionelle uorganiske enheder med organiske enheder gøre letvægts og fleksible enheder let tilgængelige."

Sammenfattende udforsker denne undersøgelse afslapningsprocesserne, der påvirker orienteringen af ​​molekyler på overfladen af ​​organiske tynde film, og bruger intermitterende aflejring til at skabe et stabilt overfladelag effektivt. Derudover blev et RKP-værktøj udviklet til at analysere ændringer i overfladepotentiale over tid. Den foreslåede deponeringsmetode forventes at fungere med forskellige organiske molekyler (ikke kun polære) og kan bane vejen for forbedring af eksisterende organiske enheder og udvikling af nye.

Flere oplysninger: Masahiro Ohara et al., Impact of Intermittent Deposition on Spontaneous Orientation Polarization of Organic Amorphous Films Revealed by Rotary Kelvin Probe, ACS Applied Materials &Interfaces (2023). DOI:10.1021/acsami.3c12914

Journaloplysninger: ACS-anvendte materialer og grænseflader

Leveret af Chiba University