Dispositivos optoeletrônicos orgânicos, como diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), utilizam moléculas com estruturas específicas dispostas em filmes finos. Além disso, o arranjo dessas moléculas em qualquer superfície é crucial para vários processos que ocorrem dentro desses dispositivos.



Este arranjo é guiado por dois fatores principais:a taxa de deposição (quão rápido as moléculas são colocadas) e a temperatura da superfície. Taxas de deposição mais lentas e temperaturas mais altas facilitam o arranjo adequado, resultando em estruturas mais estáveis. Encontrar a escala de tempo certa para este processo também é fundamental, e os investigadores estão agora à procura de formas de controlar estes factores para um arranjo molecular ideal nas superfícies.

Em um estudo recente, uma equipe do Japão liderada pelo Prof. Hisao Ishii da Escola de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia e do Centro de Ciência Fronteiriça da Universidade de Chiba, juntamente com Masahiro Ohara da Universidade de Chiba e Dr. Ciência e Tecnologia da Universidade Gunma introduziu um novo método de deposição que atinge um arranjo molecular adequado.

O artigo deles foi publicado em ACS Applied Materials and Interfaces . "Ao depositar moléculas orgânicas por deposição a vácuo, a orientação das moléculas é alterada ao longo do tempo, pausando a deposição. Além disso, alterando as condições de deposição, é possível inverter a orientação de ambas as extremidades da cabeça e da cauda das moléculas ”, explica o Prof.

Em seu estudo, a equipe encontrou uma maneira simples, mas engenhosa, de controlar a orientação de moléculas depositadas em filmes finos contendo alumínio e benzeno, denotados como Alq₃ e TPBi, respectivamente. Eles usaram um método chamado “deposição intermitente”, que introduz quebras durante o processo de deposição, e desenvolveram uma versão atualizada de uma ferramenta chamada “sonda rotativa Kelvin” (RKP). Este foi utilizado para medir o potencial superficial (tensão na superfície do material) durante e após a deposição em tempo real.

Ao abrir e fechar repetidamente o obturador de deposição em intervalos específicos, os pesquisadores puderam alterar a polarização (a distribuição das cargas), influenciando a forma como as moléculas eram orientadas nos filmes.

A nova abordagem de deposição intermitente criou uma camada superficial relaxada e estável com polarização controlável. O estudo também revelou como o relaxamento da superfície afetou a orientação molecular e a formação de um vale potencial (em forma de “V”). Na verdade, este método de deposição permite a criação de um perfil potencial arbitrário para orientações moleculares desejadas no filme fino de interesse.

Em termos de aplicações, esta técnica de deposição intermitente pode aumentar a eficácia e a vida útil dos materiais OLED. Além disso, também pode ser usado para moléculas orgânicas não polares, tornando-o útil para dispositivos como células fotovoltaicas orgânicas e transistores.

O professor Ishii diz:"Espera-se que este método melhore ainda mais a eficiência e a vida útil dos OLEDs. Além dos OLEDs, ele também promove o desenvolvimento de outros dispositivos orgânicos, como dispositivos de memória orgânica. Portanto, a substituição de dispositivos inorgânicos convencionais por dispositivos orgânicos tornará dispositivos leves e flexíveis prontamente disponíveis."

Em resumo, este estudo explora os processos de relaxamento que impactam a orientação das moléculas na superfície de filmes finos orgânicos e utiliza deposição intermitente para criar uma camada superficial estável de forma eficaz. Além disso, uma ferramenta RKP foi desenvolvida para analisar mudanças no potencial superficial ao longo do tempo. Espera-se que o método de deposição proposto funcione com várias moléculas orgânicas (não apenas polares) e possa abrir caminho para a melhoria dos dispositivos orgânicos existentes e o desenvolvimento de novos.

Mais informações: Masahiro Ohara et al, Impacto da deposição intermitente na polarização de orientação espontânea de filmes amorfos orgânicos revelado pela sonda Rotary Kelvin, ACS Applied Materials &Interfaces (2023). DOI:10.1021/acsami.3c12914
Informações do diário: Materiais Aplicados e Interfaces ACS

Fornecido pela Universidade de Chiba