유기 고분자에서 관찰된 '과일 케이크' 구조

유기 고분자에서 관찰된 '과일 케이크' 구조
날짜:
2022년 6월 2일
원천:
케임브리지 대학교
요약:
연구원들은 유연한 전자 장치에 잠재적으로 응용할 수 있는 유기 고분자의 특성을 분석했으며 나노 규모에서 경도의 변화를 발견했습니다.

연구원들은 유연한 전자 장치에 잠재적으로 응용할 수 있는 유기 폴리머의 특성을 분석했으며 이러한 유형의 재료에서 이러한 미세 구조가 처음으로 관찰된 나노 규모의 경도 변화를 발견했습니다.

유기 전자 분야는 뒤틀림과 굽힘에 탄력적인 분자 골격을 가진 새로운 반도체 폴리머의 발견으로 이익을 얻었습니다.

이 물질들은 분자 규모에서 어떤 장거리 질서도 없이 스파게티 접시와 비슷하다고 가정되었습니다. 그러나 국제 연구원 팀은 적어도 하나의 그러한 물질에 대해 내부에 작은 질서 주머니가 있음을 발견했습니다. 지름이 100억분의 1m에 불과한 이 정렬된 주머니는 나머지 재료보다 더 뻣뻣하여 더 단단하고 더 부드러운 영역이 있는 '과일 케이크' 구조를 제공합니다.

이 작업은 스웨덴의 KTH 스톡홀름, 벨기에의 Namur 및 ​​Mons 대학, 미국의 Wake Forest University와 함께 Cambridge 대학 및 Park Systems UK Limited가 주도했습니다. Nature Communications 저널에 보고된 그들의 결과는 차세대 마이크로 전자 및 생체 전자 장치 개발에 사용될 수 있습니다.

나노 역학으로 알려진 분야인 나노 규모에서 이러한 재료의 기계적 특성을 연구하고 이해하면 과학자들이 이러한 특성을 미세 조정하고 재료를 보다 광범위한 응용 분야에 적합하게 만들 수 있습니다.

연구를 주도한 케임브리지 캐번디시 연구소의 디팍 벤카테시바란(Deepak Venkateshvaran) 박사는 "나노 규모의 자연 구조가 균일하지 않다는 것을 알고 있지만 예상하지 못한 균일성과 질서를 찾는 것은 놀라운 일"이라고 말했다.

연구원들은 인다세노디티오펜-코-벤조티아디아졸(C16-IDTBT)이라고 불리는 반도체 폴리머 내에서 질서 영역의 나노스케일 사진을 찍기 위해 고고유 모드 이미징(higher eigen mode imaging)이라는 이미징 기술을 사용했습니다. 이 사진은 폴리머 필름의 일부 영역에서 개별 폴리머 사슬이 어떻게 나란히 정렬되어 있는지 명확하게 보여줍니다. 이러한 질서 영역은 10에서 20나노미터 사이입니다.

공동 저자인 Cavendish Laboratory의 Leszek Spalek 박사는 "이러한 검출 방법의 감도는 폴리머의 자가 조직화를 개별 분자 가닥까지 파악할 수 있게 해주었습니다."라고 말했습니다. "고유한 모드 이미징은 요구되는 상대적으로 쉬운 샘플 준비를 고려할 때 재료의 나노기계적 특성을 특성화하는 데 유용한 방법입니다."

나노 스케일에서 재료의 강성을 추가로 측정한 결과, 폴리머가 정렬된 영역으로 자가 조직화된 영역이 더 단단한 반면 재료의 무질서한 영역은 더 부드럽다는 것을 보여주었습니다. 실험은 초기 연구에서 요구되었던 초고진공과 달리 주변 조건에서 수행되었습니다.

Venkateshvaran은 "유기 폴리머는 일반적으로 대면적, 센티미터 규모, 유연한 전자 장치에 적용하기 위해 연구됩니다."라고 말했습니다. "나노역학은 전례 없는 해상도로 극소 규모에서 기계적 특성에 대한 이해를 개발함으로써 이러한 연구를 보강할 수 있습니다.

"함께 두 가지 유형의 연구에서 얻은 기본 지식은 차세대 소프트 마이크로 전자 및 생체 전자 장치에 영감을 줄 수 있습니다. 이러한 미래 지향적인 장치는 센티미터 규모의 유연성, 마이크로미터 규모의 균질성 및 나노미터 규모의 폴리머 사슬의 전기적으로 제어되는 기계적 운동의 이점을 결합할 것입니다.