Nieuwe Chemische Methode Verbetert Duurzaamheid van Zachte Elektronica

Een nieuwe benadering om geconjugeerde polymeren te bestuderen stelde onderzoekers in staat om voor het eerst de individuele moleculen mechanische en kinetische eigenschappen tijdens de polymerisatiereactie te meten.

Geconjugeerde polymeren zijn essentieel clusters van moleculen opgereiht langs een ruggengraat die elektronen kunnen geleiden en licht kunnen absorberen. Dit maakt ze een perfecte pasvorm voor het creëren van zachte opto-elektronica zoals draagbare elektronische apparaten; echter, hoezeer flexibel ze ook zijn, zijn deze polymeren moeilijk te bestuderen in bulk omdat ze aggregeren en uit oplossing vallen.

De aanpak, magnetische pincetten genoemd, stelt onderzoekers in staat om individuele moleculen van het geconjugeerde polymeer polyacetyleen te rekken en te draaien. Eerdere benaderingen berusten op chemische derivatisering waarbij de structuren gewijzigd worden met functionele groepen atomen; die benadering kan echter de innate eigenschappen van het polymeer beïnvloeden.

Het proces werkt door het ene uiteinde van een polymeerstreng aan een glazen dekkerslip te hechten en het andere uiteinde aan een klein magnetisch deeltje. De onderzoekers gebruiken dan een magneetveld om het geconjugeerde polymeer te manipuleren, het te rekken of te draaien, en de reactie van een enkele polymeerketen die groeit te meten. De hoeveelheden zijn zo klein, dat ze oplosbaar blijven in oplossing zoals bulk hoeveelheden normaal niet zouden.

Het team meet hoe lange ketens van geconjugeerde polymeren, die bestaan uit honderdduizenden monomeereenheden, in real-time groeien. Ze ontdekten dat de polymeren een nieuwe monomeer per seconde toevoegen, een veel snellere groei dan hun niet-geconjugeerde analoga. Door individuele geconjugeerde polymeren te trekken en te rekken, de zogenaamde kracht-uitrekking metingen, waren de onderzoekers in staat om hun rigiditeit te beoordelen en beter te begrijpen hoe ze in verschillende richtingen kunnen buigen terwijl ze geconjugeerd blijven en elektronen geleiding behouden.

Ze ontdekten ook dat de polymeren diverse mechanische gedragingen vertoonden van de ene individuele keten tot de andere — gedragingen die voorspeld waren door theorie maar nooit experimenteel waargenomen. De bevindingen benadrukken zowel de uniekheid van geconjugeerde polymeren voor een reeks toepassingen als de kracht van het gebruik van een enkel-molecuul manipulatie- en imagingtechniek op synthetische materialen.