p (Phys.org) - Dando um passo em direção à tão cobiçada eletrônica flexível, uma equipe de pesquisa internacional que descobriu como revestir um material orgânico como uma película fina - como espalhar manteiga em torradas - queria ver mais de perto por que seu semicondutor orgânico para espalhar cresceu daquela forma. p Entram os cientistas da Cornell e a Fonte Síncrotron de Alta Energia (CHESS) de Cornell, onde um muito pequeno, feixe de raios-X extremamente brilhante iluminou o caminho para filmes de alta velocidade mostrando como essas moléculas orgânicas formaram redes de cristal em nanoescala. Compreender e ajustar esse processo é a chave para o avanço da tecnologia de apenas em laboratório para a produção em massa.

p A visualização do processo de cristalização é detalhada em 16 de abril. Nature Communications publicação online e envolve cientistas da Universidade de Stanford, Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia, e Cornell. A equipe de Cornell incluiu o cientista Detlef Smilgies da equipe do CHESS, que liderou os experimentos na linha de luz de raios-X D1 no CHESS; e Paulette Clancy, professor de engenharia química e biomolecular, que forneceu a base teórica chave para apoiar as descobertas experimentais.

p Os engenheiros de Stanford haviam descrito anteriormente um método chamado cisalhamento de solução que aplica uma fina camada de solvente semicondutor orgânico a uma superfície plana, que cristaliza em milissegundos. Eles inventaram um dispositivo semelhante a uma faca de manteiga que espalha o material.

p Para capturar esse processo, Smilgies colaborou com os cientistas de Stanford e KAUST para desenvolver uma faca de manteiga em miniatura compatível com a instrumentação de raios-X CHESS. Eles focaram o feixe síncrotron em um ponto muito pequeno na ponta da faca de manteiga, disparando em intervalos de algumas dezenas de milissegundos à medida que a faca arrastava a solução do semicondutor orgânico ao longo de uma pastilha de silício.

p "A complexidade do processo de cristalização real é estonteante, "Smilgies disse." Há uma alta taxa de cisalhamento, evaporação rápida do solvente, e, em seguida, uma nova estrutura de cristal nas velocidades de cisalhamento mais altas, que rendeu o melhor desempenho do transistor.

p Smilgies deu crédito ao estudante de graduação de Stanford Gaurav Giri por reconhecer que o confinamento molecular - diluindo ou engrossando o líquido - era a questão chave, e apoiou essa ideia estudando solventes com uma variedade de tamanhos moleculares.

p A estudante de pós-graduação de Clancy e Cornell, Kristina Lenn, abordou o problema de por que certos solventes afetavam o resultado da cristalização. Eles modelaram muitos solventes diferentes e mostraram que o tamanho molecular afetava principalmente os tipos de cristais formados. Em outras palavras, eles forneceram os insights teóricos que apoiaram a interpretação dos experimentos.

p "Foi uma surpresa ver que apenas pequenas mudanças no tamanho das moléculas do solvente foram suficientes para interromper o arranjo das moléculas semicondutoras orgânicas próximas, "Clancy disse." À medida que as partículas de solvente aumentaram de tamanho, você podia ver visivelmente as moléculas de semicondutor dobrar e torcer para evitar a tensão. "

p O conhecimento detalhado de como espalhar esses cristais finos com um comportamento consistentemente preciso fornece um passo importante para transformar esses chamados semicondutores orgânicos deformados em produtos úteis, como monitores flexíveis, etiquetas inteligentes e sensores bioeletrônicos, disseram os pesquisadores.