Новости: Технологии

Полимеры с системой сопряженных связей в последнее время интересуют ученых как оптимальное по соотношению цена-качество средство для создания таких устройств, как солнечные батареи и полевые транзисторы. Однако микроструктура слоев полимера напрямую влияет на качество работы таких устройств, поскольку от нее напрямую зависит, например, подвижность носителей заряда. Дело в том, что перенос заряда происходит анизотропно из-за перекрывания пи-орбиталей. Например, в случае полимера Р3НТ (поли-3-гексилтиофена) подвижность зарядов вдоль п-п стеков составляет 0.1 см²/Вс, а поперек - на несколько порядков меньше. Таким образом, перенос заряда, мобильность и даже оптические свойства напрямую зависят от упорядочения и кристалличности, при этом методов прецизионного контроля над морфологией и упорядочением таких полимеров пока нет.
Технология нанопечати (nanoimprint lithography) уже раньше была предложена для вертикального упорядочения производных Р3НТ-фуллерена (полли-3-гексилтиофен - фуллерена), и теперь та же группа ученых развивает этот метод для создания упорядоченных наноструктур Р3НТ на большой площади с различной геометрией. Схема процесса представлена на Рис. 1а. Сначала происходит нанопечать кремниевого шаблона, который наносится на пленку полимера, разогретую на 20-30 градусов выше ее температуры стеклования, которая в случае Р3НТ составляет 67 ^оС. СЭМ изображение кремниевой решетки (вид сверху) показано на Рис. 1b. Ширина звена составляет 65 нм, глубина 200 нм. Поперечное сечение формы показано во вкладке. Нанорешетка Р3НТ, полученного с помощью этой формы, показана на Рис. 1с (наклон на 45^о). Остаточный непропечатанный слой имеет толщину около 20 нм, что видно на вкладке, изображающей СЭМ образ поперечного сечения.
На Рис. 1d показана форма с гексагональным массивом пор и ее поперечное сечение. Диаметр пор 80 нм, высота - 350 нм. Изображение "наклоненного" на 45^о полимера, полученного с помощью этой формы, показано на Рис. 1е. Диаметр столбиков составляет 80 нм, высота - 200-250 нм, а толщина остаточного слоя - также 20 нм. Анализ полученных структур проводили методом рентгеновской дифракции в плоскости и в перпендикулярном направлении. Схема экспериментов показана на Рис. 2а. На Рис. 2b показаны возможные способы упорядочения структур. Соответственно, для определения составляющий вдоль осей x и z используются методы в плоскости (решетка и столбики, Рис. 2d) и вне плоскости (столбики, решетка вдоль и поперек, Рис. 2с), соответственно. Также во вкладке на Рис. 1d показаны увеличенные 100- и 010- пики (указаны индексы Миллера).
Из данных изображения "вне плоскости" (out-of-plane) по интенсивному сигналу 100 при 5.2^о (параметр решетки а) видно, что доминирует ориентация цепей "на ребре" ("edge-on"). По отсутствию сигнала 010 (параметр решетки b) можно судить о ничтожном содержании расположения "лежа" ("face-on"). Направление цепей также видно по рентгеновским данным в плоскости (Рис. 2d). Например, интенсивный 100 - пик для параллельной решетки показывает, что цепи могут располагаться либо "лежа", либо вертикально. Но по данным вне плоскости расположение "лежа" отсутствует, что доказывает вертикальное расположение цепей в напечатанном полимере. Таким образом, метод действительно позволяет легко печатать полимерные массивы с необходимым типом упорядочения, возникающего самопроизвольно.