Используя мощные рентгеновские лучи, которые могут видеть органические материалы, используемые в печатной электронике, вплоть до молекулярного уровня, исследователи теперь могут определить, почему одни материалы работают лучше других. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Materials, могут привести к созданию более дешевых и эффективных электронных устройств для печати.

"Эта работа интересна, потому что она помогает по-новому раскрыть, как мы можем создавать высокопроизводительные транзисторы и солнечные элементы с использованием полимеров", - сказал профессор материаловедения Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Майкл Чабиник, который вместе с аспирантом химического факультета Калифорнийского университета Джастином Кокраном и физиками из штата Северная Каролина Харальдом Эйдом и Брайаном Коллинзом задался целью выяснить, какие материалы и какие этапы обработки работают лучше, что по-прежнему является для производителей печатной электроники методом проб и ошибок. Эта работа также включала сотрудничество с международной командой, в том числе с исследователями из Университета Монаш в Австралии и Университета Эрланген-Нюмберг в Германии.

Печатная электроника - это процесс, в котором используются довольно распространенные методы печати для нанесения чернил, содержащих органические проводящие молекулы, на поверхности, для создания схем для различных электронных устройств, включая фотоэлектрические элементы, дисплеи и даже люминесцентную одежду. Этот процесс быстрее и дешевле, чем традиционные технологии производства тех же продуктов, и может проложить путь к тому, чтобы сделать эти устройства более доступными для потребителей.

Однако до недавнего времени процесс отбора этих органических материалов - и какие шаги предпринять, чтобы улучшить их характеристики - был чем-то вроде тайны. Некоторые материалы и методы лечения работали лучше, чем другие, и исследователи намеревались выяснить, почему.

Исследователи разработали метод, который использовал мощные рентгеновские лучи для изучения этих органических материалов на молекулярном уровне. Они обнаружили, что характеристики материала были связаны с его молекулярным выравниванием, и что это выравнивание контролировалось простыми методами, такими как нагрев и молекулярные взаимодействия на поверхностных уровнях.

"Мы обнаружили, что в транзисторах по мере увеличения выравнивания между молекулами повышалась и производительность", - сказал Коллинз. "В случае с солнечными элементами мы обнаружили выравнивание молекул на интерфейсах в устройстве, что может быть ключом к более эффективному сбору света. В обоих случаях это был первый случай, когда кто-либо смог по-настоящему взглянуть на то, что происходит на молекулярном уровне ".

Исследователи надеются, что новый метод рентгеновского исследования позволит лучше понять природу органических материалов, используемых в печатной электронике.

"Мы надеемся, что этот метод даст исследователям и производителям более глубокое представление об основах этих материалов", - сказал Коллинз. "Понимание того, как работают эти материалы, может привести только к повышению производительности и коммерческой жизнеспособности".