Химический подход к более надежной программной электронике

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

Сопряженные полимеры представляют собой, по сути, кластеры молекул, натянутых вдоль основной цепи, которые могут проводить электроны и поглощать свет. Это делает их идеально подходящими для создания мягкой оптоэлектроники, такой как носимые электронные устройства; однако, какими бы гибкими они ни были, эти полимеры трудно изучать в массе, потому что они агрегируют и выпадают из раствора.

Подход, называемый магнитным пинцетом, позволяет исследователям растягивать и скручивать отдельные молекулы сопряженного полимера полиацетилена. Предыдущие подходы основывались на химической дериватизации, при которой структуры модифицируются функциональными группами атомов; однако такой подход может повлиять на врожденные свойства полимера.

Процесс заключается в прикреплении одного конца полимерной нити к покровному стеклу, а другого конца — к крошечной магнитной частице. Затем исследователи используют магнитное поле, чтобы манипулировать сопряженным полимером, растягивая или скручивая его, и измеряя реакцию одной растущей полимерной цепи. Количества настолько малы, что они остаются растворимыми в растворе, чего обычно не происходит в массовых количествах.

Команда измерила, насколько длинные цепи сопряженных полимеров, состоящие из сотен тысяч мономерных звеньев, растут в режиме реального времени. Они обнаружили, что полимеры добавляют новый мономер в секунду, что намного быстрее, чем их неконъюгированные аналоги. Вытягивая и растягивая отдельные сопряженные полимеры (так называемые измерения силы растяжения), исследователи смогли оценить их жесткость и лучше понять, как они могут изгибаться в разных направлениях, оставаясь при этом сопряженными и сохраняя электронную проводимость.

Они также обнаружили, что полимеры демонстрируют различные механические свойства от одной отдельной цепи к другой — поведение, которое было предсказано теорией, но никогда не наблюдалось экспериментально. Полученные результаты подчеркивают как уникальность сопряженных полимеров для целого ряда приложений, так и эффективность использования манипуляции с одной молекулой и метода визуализации синтетических материалов.