Polymersyntese kan hjælpe fremtidens elektronik

(PhysOrg.com) - Morgendagens fjernsyn og computerskærme kunne være lysere, klarere og mere energieffektiv som et resultat af en proces udviklet af et team af forskere fra Canada og Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Syntesen af ​​en konjugeret organisk polymer - i vid udstrækning brugt som et ledende materiale i enheder som lysemitterende dioder, fjernsyn og solceller - kunne betyde mere effektive, billigere elektronik.

I et papir offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences, gruppen af ​​videnskabsmænd fra ORNL og to canadiske universiteter skitserede deres succes med at dyrke meget strukturerede korte kæder af polymer poly(3, 4-ethylendioxythiophen), eller PEDOT. Analyse og forståelse af polymerisationsprocessen og resultaterne blev leveret ved hjælp af ORNL supercomputere.

Den teoretiske ekspertise leveret af ORNL-forskerne Bobby Sumpter og Vincent Meunier i at syntetisere PEDOT-polymeren kan potentielt have en indvirkning på hverdagens elektroniske produkter. PEDOT er værdsat i elektroniske ansøgninger for gennemsigtighed, duktilitet og stabilitet af dens ledning, eller dopet, stat. På grund af dets rolle som ledende materiale i organiske lysemitterende dioder, PEDOT findes i mange elektroniske enheder såsom fjernsyn og computerskærme.

Polymeren bruges også i mange solpanelceller som hulfyldningsmateriale. "Det er en af ​​de mest vellykkede halvledende polymerer på planeten, " sagde Sumpter.

Forbedring og styring af den molekylære rækkefølge af et nanostruktureret PEDOT-materiale er afgørende for polymerens ydeevne i elektroniske applikationer. De højt ordnede polymerarrays som dem, der er konstrueret af forskerne, kan føre til øget effektivitet i en lang række elektroniske enheder.

For at oprette bestilte arrays af PEDOT -polymeren, holdet placerede et forløbermolekyle på en kobberkrystallinsk overflade, som var med til at guide og igangsætte polymerisationsreaktionen. Teammedlem Meunier fra ORNL sammenlignede processen med at placere æg i en æggekarton, hvor minima for fri energi, eller "indrykninger, " i kobberoverfladen tillader molekylerne at stable pænt ved siden af ​​hinanden for at danne en kompakt og organiseret polymerstruktur.

"Kemien og den resulterende stereokemiske struktur på overfladen er meget usædvanlig, " sagde Sumpter. "De fleste forsøg på at syntetisere polymerer resulterer normalt i ufuldkomne polymerarrays med en meget anderledes fremtrædende struktur."

Sumpter og Meunier fra ORNL's Center for Nanophase Materials Sciences med aftaler i Computer Science and Mathematics Division samarbejdede i projektet ved at analysere resultaterne gennem et "virtuelt mikroskop". Baseret på tæthedsfunktionsteoretiske beregninger og simuleringer udført på ORNL supercomputere, den "virtuelle mikroskopi" afslørede den meget organiserede struktur af polymerarrays. Ved at undersøge polymerdannelsen med de konventionelle metoder til scanning tunneling mikroskopi kombineret med den virtuelle mikroskopi, holdet var i stand til tydeligt at illustrere konstruktionen og bindingen af ​​PEDOT-arrays.

"Dette eksperiment definerer, hvad nanovidenskab handler om - en blanding af eksperimentelle teknikker kombineret med teoretisk viden, " sagde Meunier. "Det var en glimrende mulighed for at interface direkte med eksperimenter og etablere nye internationale samarbejder."

Selvom holdet fokuserede sin forskning på PEDOT-polymeren, forskerne mener, at den samme tilgang potentielt kan bruges til at konstruere andre veldefinerede polymerer.