很多柔性電子設備包括有機太陽能電池、有機電晶體和生物電子器件等都是由導電聚合物製成的。可視化導電聚合物的結構對於進一步開發這些材料並實現柔性電子設備的商業化至關重要,但成像過程可能會造成損害,限制了研究人員所能看到和研究的東西。目前,減少聚合物損傷的主要方法是在非常低的溫度下進行成像。
在接觸某些環境或物質後,體內會產生反應性分子,如自由基,並持續造成細胞損傷。抗氧化劑可以在自由基影響細胞之前與自由基相互作用,將這種損害降到最低。賓夕法尼亞州立大學的研究人員已經將這一概念應用於防止柔性電子器件中導電聚合物的成像損傷,實現了在室溫下添加抗氧化劑可以將光束損傷降到最低。研究人員1月8日在《Nature Communications》上發表了他們的研究成果。
聚合物只能用高解析度透射電子顯微鏡(HRTEM)成像到一定程度,因為用於形成圖像的電子轟擊會破壞樣品。研究人員對這種破壞進行了研究,目的是找出其根本原因。他們發現HRTEM電子束產生了自由基,降解了樣品的分子結構。在聚合物樣品中引入丁基化羥基甲苯,一種經常被用作食品添加劑的抗氧化劑,可以防止這種損傷,並消除了對成像條件的另一個限制,也就是溫度。
雖然研究人員沒有定量測試這種方法導致的解析度限制,但他們能夠以3.6埃的解析度對聚合物進行成像,這比他們之前的16埃解析度有所改進。一埃大約是人類頭髮寬度的百萬分之一。聚合物是由相互疊加的分子鏈組成的。此前成像距離為16埃,是鏈與鏈之間的距離,3.6埃的成像,讓研究人員可以直觀地看到沿鏈緊密接觸的模式。對於這項研究中研究的導電聚合物,研究人員可以沿著電子行進的方向進行研究。使得研究人員能夠更好地理解聚合物中的導電結構。