Pesquisadores analisaram as propriedades de um polímero orgânico com aplicações potenciais em eletrônica flexível e descobriram variações de dureza em nanoescala, a primeira vez que uma estrutura tão fina foi observada nesse tipo de material.
O campo da eletrônica orgânica se beneficiou da descoberta de novos polímeros semicondutores com backbones moleculares que são resistentes a torções e dobras, o que significa que eles podem transportar carga mesmo que sejam flexionados em diferentes formas.

Supunha-se que esses materiais se assemelhassem a um prato de espaguete em escala molecular, sem qualquer ordem de longo alcance. No entanto, uma equipe internacional de pesquisadores descobriu que, para pelo menos um desses materiais, existem pequenos bolsões de ordem dentro. Esses bolsões ordenados, com apenas alguns décimos de bilionésimos de metro de diâmetro, são mais rígidos do que o resto do material, dando-lhe uma estrutura de 'bolo de frutas' com regiões mais duras e macias.

O trabalho foi liderado pela Universidade de Cambridge e Park Systems UK Limited, com KTH Estocolmo na Suécia, as Universidades de Namur e Mons na Bélgica e Wake Forest University nos EUA. Seus resultados, relatados na revista Nature Communications , poderia ser usado no desenvolvimento de dispositivos microeletrônicos e bioeletrônicos de próxima geração.

Estudar e entender as propriedades mecânicas desses materiais em nanoescala – um campo conhecido como nanomecânica – pode ajudar os cientistas a ajustar essas propriedades e tornar os materiais adequados para uma ampla gama de aplicações.

"Sabemos que o tecido da natureza em nanoescala não é uniforme, mas encontrar uniformidade e ordem onde não esperávamos ver foi uma surpresa", disse Deepak Venkateshvaran, do Laboratório Cavendish de Cambridge, que liderou a pesquisa.

Os pesquisadores usaram uma técnica de imagem chamada de imagem de modo eigen superior para tirar fotos em nanoescala das regiões de ordem dentro de um polímero semicondutor chamado indacenoditiofeno-co-benzotiadiazol (C16-IDTBT). Essas imagens mostraram claramente como as cadeias de polímeros individuais se alinham umas ao lado das outras em algumas regiões do filme de polímero. Essas regiões de ordem têm entre 10 e 20 nanômetros de diâmetro.

"A sensibilidade desses métodos de detecção nos permitiu mapear a auto-organização dos polímeros até as cadeias moleculares individuais", disse o co-autor Dr. Leszek Spalek, também do Laboratório Cavendish. "A imagem de modo eigen superior é um método valioso para caracterizar as propriedades nanomecânicas dos materiais, dada a preparação relativamente fácil da amostra que é necessária".

Outras medições da rigidez do material em nanoescala mostraram que as áreas onde os polímeros se auto-organizaram em regiões ordenadas eram mais duras, enquanto as regiões desordenadas do material eram mais macias. Os experimentos foram realizados em condições ambientais, em oposição a um vácuo ultra-alto, que havia sido um requisito em estudos anteriores.

"Os polímeros orgânicos são normalmente estudados para suas aplicações em grande área, escala de centímetros, eletrônica flexível", disse Venkateshvaran. "A nanomecânica pode aumentar esses estudos desenvolvendo uma compreensão de suas propriedades mecânicas em escalas ultra pequenas com resoluções sem precedentes.

"Juntos, o conhecimento fundamental adquirido em ambos os tipos de estudos pode inspirar uma nova geração de dispositivos microeletrônicos e bioeletrônicos macios. Esses dispositivos futuristas combinarão os benefícios da flexibilidade em escala centimétrica, homogeneidade em escala micrométrica e movimento mecânico eletricamente controlado em escala nanométrica de cadeias de polímeros. com biocompatibilidade superior." + Explorar mais

Melhorando o comportamento eletromecânico de um polímero flexível