거대한 표면 전위를 가진 분자의 형성

과학자들 규슈대학 그것은 표면에서 증발할 때 같은 방향으로 움직이는 것을 선호하는 일련의 분자를 구성합니다.

이 그림은 제어된 전기장을 생성하기 위해 표면에 자발적으로 정렬되는 두 분자를 보여줍니다. 빨간색은 음전하가 더 많은 영역을 나타내고 파란색은 음전하가 적은 영역을 나타냅니다. 중간에 있는 공통 단위는 일반적으로 표면에서 멀리 떨어져 정렬되지만 서로 다른 주변 단위는 표면에 양수 또는 음수 필드를 생성합니다. 이미지 크레디트: 규슈 대학.

과학자들은 이 방법을 사용하여 디스플레이 및 조명에 사용되는 유기 발광 다이오드의 효율성을 도울 제어된 전기장을 생성하고 유기 재료를 사용하여 진동을 전기로 변환하는 장치를 만드는 새로운 방법을 열기를 원합니다.

살아있는 유기체가 존재할 수 있도록 하는 탄소의 놀라운 화학적 적응에 의존하는 유기 전자 장치는 태양 전지, 레이저 및 회로와 같은 응용 프로그램을 통해 생생한 스마트폰 및 TV 화면의 물결에 힘을 실어주고 잠재적으로 유연합니다.

장치에 사용되는 재료의 얇은 층의 고르지 않은 특성은 이러한 유연성에 기여합니다. 유기 재료는 일반적으로 잘 조직된 고체 결정에 단단히 결합된 실리콘 원자에 의존하는 표준 무기 전자 장치만큼 미세하게 배열되지 않은 “비정질” 층을 생성합니다.

분자의 겉보기에는 무작위적인 구조에도 불구하고, 연구에 따르면 일부 분자는 유사한 방향으로 연결되는 경향이 있어 장치 속성에 큰 영향을 미치고 장치 성능을 관리하는 새로운 방법이 열립니다.

방출된 빛이 장치에서 쉽게 빠져나가도록 정렬된 입자에 대해 많은 작업이 이미 수행되었습니다..

Masaaki Tanaka, 도쿄 농업 기술 대학 조교수

Tanaka는 Kyushu University의 OPERA(Organic Photonics and Electronics and Electronics)에서 연구를 시작했으며 TUAT로 전환한 후 비정질 필름의 분자 정렬에 대한 연구를 재개했습니다.

그러나 다른 분자는 층의 한 면에 더 많은 전자를 배치하여 전기장 표면 전압이라고 하는 결과를 초래하는 방식으로 정렬되는 것으로 알려져 있습니다. 이 필드는 전하가 장치에 들어오거나 나가는 데 도움을 주어 장치를 더 효율적으로 만들거나 새로운 전기적 특성을 잠금 해제할 수 있지만 필드 형성을 제어하는 ​​방법을 찾는 것은 어려운 일이었습니다.다나카는 말한다.

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유기 전자공학에 사용되는 필름은 일반적으로 수십 나노미터(사람 머리카락 굵기의 일부) 두께이며 진공에서 먼저 유기 분말을 가열하여 천천히 생성되어 고체에서 기체로 직접 전환됩니다. 승화라고 하는 과정. 승화된 분말 입자가 차가운 표면을 만나면 서로 결합하여 층을 형성합니다.

기체 상태에서 분자는 무작위로 회전하고 서로 충돌하므로 필름에 무작위 방향으로 증착되기 쉽습니다.“라고 분자를 합성한 Morgan Avray는 설명합니다.

그러나 우리는 불소 원자를 가진 일부 분자 단위가 침전 표면에서 밀어낼 것임을 발견했습니다. 분자에 이러한 단위를 포함함으로써 우리는 침전된 분자를 대략적으로 정렬하고 불소화된 단위가 바깥쪽을 향하도록 할 수 있습니다.Auffray는 말합니다.

다음으로, 연구원들은 음전하를 띤 전자를 플루오르화 단위를 향해 밀고 당기는 구성 요소를 추가했습니다. 표면의 동일한 분자 사이의 이러한 전압 차이는 표면 전압과 관련 전기장을 생성합니다.

침전된 입자와 관련 전기장은 유사한 방향을 가리키기 때문에 개별 작은 필드가 합쳐져 ​​훨씬 더 큰 전체 필드가 ​​생성됩니다. 상대적으로 더 큰 필드를 가질 수 있을 뿐만 아니라 지금까지 거의 보고되지 않은 표면을 가리키도록 할 수 있습니다..

Masaaki Tanaka, 도쿄 농업 기술 대학 조교수

이 층은 약 10eV의 거대한 표면 전위를 제공하며, 이는 100nm 두께의 필름에 의해 자연적으로 생성되었다는 점을 고려할 때 특히 놀랍습니다.

이 얇은 층 내의 이러한 고전압 중 하나는 강한 전기장을 생성하여 OLED와 같은 전자 장치의 다른 층에 양전하와 음전하를 가져와 전반적인 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있습니다.

더욱이, 이러한 구조화된 소형 전기 구조는 새로운 기기의 개발에 도움이 될 수 있습니다. 레이어는 진동을 전기로 변환하는 새로운 유형의 장치에서 이미 유용한 것으로 나타났지만 이러한 장치를 실행 가능하게 하려면 더 많은 작업이 필요합니다.

과학은 원자를 유기 분자로 배열함으로써 점점 더 작은 규모로 전기 과정을 제어하는 ​​새로운 방법을 계속해서 보여주고 있습니다. 이 연구는 툴킷에 추가되어 새로운 장치가 계속 성장함에 따라 가능하게 합니다.‘라고 OPERA의 이사인 Chihaya Adachi는 말합니다.

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잡지 참조

다나카, M.; 다른 사람. (2022) 유기 유리 필름에서 영구적으로 잘 조절된 쌍극자 모멘트로 불안정한 배향이 자발적으로 형성됩니다. 천연 재료. doi.org/10.1038/s41563-022-01265-7.

원천: https://www.kyushu-u.ac.jp/en/

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