Новый химический метод повышает долговечность мягкой электроники

Новый подход к изучению сопряженных полимеров позволил исследователям впервые измерить индивидуальные механические и кинетические свойства отдельных молекул во время реакции полимеризации.

Сопряженные полимеры — это кластеры молекул, нанизанные на основную цепь, способные проводить электроны и поглощать свет. Это делает их идеальными для создания мягких оптоэлектронных устройств, таких как носимые электронные приборы; однако, несмотря на их гибкость, эти полимеры трудно изучать в объеме, потому что они агрегируют и выпадают из раствора.

Подход, называемый магнитными пинцетами, позволяет исследователям растягивать и скручивать отдельные молекулы сопряженного полимера полиацетилена. Предыдущие подходы опирались на химическую дериватизацию, при которой структуры модифицируются функциональными группами атомов; однако этот подход может влиять на врожденные свойства полимера.

Процесс работает за счет крепления одного конца полимерной цепи к стеклянному подстелку, а другого — к крошечной магнитной частице. Затем исследователи используют магнитное поле для манипулирования сопряженным полимером, растягивая или скручивая его, и измеряют отклик одной растущей полимерной цепи. Количества настолько малы, что они остаются растворимыми в растворе, как это не бывает с объемными количествами.

Команда измерила, как растут длинные цепи сопряженных полимеров, состоящие из сотен тысяч мономерных единиц, в реальном времени. Они обнаружили, что полимеры добавляют новый мономер в секунду — гораздо более быстрый рост, чем у не-сопряженных аналогов. Растягивая и вытягивая отдельные сопряженные полимеры — так называемые измерения силы-удлинения — исследователи смогли оценить их жесткость и лучше понять, как они могут гнуться в разных направлениях, оставаясь сопряженными и сохраняя электронную проводимость.

Они также обнаружили, что полимеры демонстрируют разнообразные механические поведения от одной отдельной цепи к другой — поведения, предсказанные теорией, но никогда не наблюдавшиеся экспериментально. Выводы подчеркивают как уникальность сопряженных полимеров для ряда приложений, так и силу использования техники одиночной молекулярной манипуляции и изображения на синтетических материалах.