Chemischer Ansatz für robustere Softelektronik

Ein neuer Ansatz zur Untersuchung konjugierter Polymere ermöglichte es den Forschern, erstmals die mechanischen und kinetischen Eigenschaften der einzelnen Moleküle während der Polymerisationsreaktion zu messen.

Konjugierte Polymere sind im Wesentlichen Cluster von Molekülen, die entlang eines Rückgrats aufgereiht sind, das Elektronen leiten und Licht absorbieren kann. Dadurch eignen sie sich perfekt für die Herstellung von weicher Optoelektronik wie tragbaren elektronischen Geräten; So flexibel sie auch sind, diese Polymere sind jedoch in großen Mengen schwer zu untersuchen, da sie aggregieren und aus der Lösung herausfallen.

Der als magnetische Pinzette bezeichnete Ansatz ermöglicht es den Forschern, einzelne Moleküle des konjugierten Polymers Polyacetylen zu dehnen und zu verdrehen. Frühere Ansätze beruhten auf chemischer Derivatisierung, bei der die Strukturen mit funktionellen Atomgruppen modifiziert werden; Dieser Ansatz kann jedoch die natürlichen Eigenschaften des Polymers beeinträchtigen.

Das Verfahren funktioniert, indem ein Ende eines Polymerstrangs an einem Glasdeckglas und das andere Ende an einem winzigen Magnetpartikel befestigt wird. Die Forscher verwenden dann ein Magnetfeld, um das konjugierte Polymer zu manipulieren, es zu dehnen oder zu verdrehen und die Reaktion einer einzelnen Polymerkette zu messen, die wächst. Die Mengen sind so gering, dass sie in Lösung löslich bleiben, wie es bei großen Mengen normalerweise nicht der Fall wäre.

Das Team hat gemessen, wie lange Ketten aus konjugierten Polymeren, die aus Hunderttausenden von Monomereinheiten bestehen, in Echtzeit wachsen. Sie entdeckten, dass die Polymere pro Sekunde ein neues Monomer hinzufügen, ein viel schnelleres Wachstum als ihre nicht konjugierten Analoga. Durch Ziehen und Dehnen einzelner konjugierter Polymere, sogenannte Kraftausdehnungsmessungen, konnten die Forscher ihre Steifigkeit beurteilen und besser verstehen, wie sie sich in verschiedene Richtungen biegen können, während sie konjugiert bleiben und die Elektronenleitfähigkeit beibehalten.

Sie entdeckten auch, dass die Polymere von einer einzelnen Kette zur nächsten unterschiedliche mechanische Verhaltensweisen zeigten – Verhaltensweisen, die von der Theorie vorhergesagt, aber nie experimentell beobachtet wurden. Die Ergebnisse unterstreichen sowohl die Einzigartigkeit von konjugierten Polymeren für eine Reihe von Anwendungen als auch die Stärke der Anwendung einer Einzelmolekül-Manipulations- und Bildgebungstechnik auf synthetischen Materialien.