研究人员分析了一种有机聚合物的特性，该聚合物可能用于柔性电子产品，并揭示了纳米级硬度的变化，这是首次在这种类型的材料中观察到如此精细的结构。
有机电子学领域受益于新型半导体聚合物的发现，这种聚合物的分子主干具有抗扭曲和弯曲的能力，这意味着即使它们被弯曲成不同的形状，它们也可以传输电荷。
人们曾假设，这些材料在分子尺度上类似于一盘意大利面，没有任何长程顺序。然而，一个国际研究团队发现，至少有一种这样的材料，内部有微小的秩序。这些有序的口袋，直径只有100亿分之一米，比材料的其他部分更硬，使其具有“水果蛋糕”结构，区域有硬有软。
这项工作由剑桥大学、英国帕克系统有限公司、瑞典斯德哥尔摩大学、比利时那穆尔大学和蒙斯大学以及美国维克森林大学领导。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上，可以用于开发下一代微电子和生物电子设备。
在纳米尺度上研究和理解这些材料的力学性质——这一领域被称为纳米力学——可以帮助科学家微调这些性质，使材料适合更广泛的应用。
领导这项研究的剑桥卡文迪什实验室的迪帕克·文卡特什瓦兰博士说:“我们知道，自然界在纳米尺度上的结构不是均匀的，但在我们意想不到的地方发现均匀和有序是一个惊喜。”
研究人员使用了一种称为高本征模式成像的成像技术，对一种称为吲哚苯并噻吩-co-苯并噻唑(C16-IDTBT)的半导体聚合物中的有序区域进行了纳米级成像。这些图片清西班牙买房楚地显示了单个聚合物链是如何在聚合物膜的某些区域彼此相邻排列的。这些有序区域的宽度在10到20纳米之间。
“这些检测方法的灵敏度使我们能够绘制出聚合物的自组织，直到单个分子链，”同样来自卡文迪什实验室的合著者莱斯泽克·斯帕莱克博士说。“考虑到所需的样品制备相对简单，高本征模式成像是表征材料纳米力学性能的一种有价值的方法。”
在纳米尺度上进一步测量材料的刚度表明，聚合物自组织成有序区域的区域更硬，而无序区域的材料更软。这些实验是在环境条件下进行的，而不是在早期研究中要求的超高真空环境。
Venkateshvaran说:“通常研究有机聚合物在大范围、厘米尺度、柔性电子产品中的应用。”“纳米力学可以通过在超小尺度上以前所未有的分辨率发展对其力学性质的理解来增强这些研究。
从这两种类型的研究中获得的基础知识可以激发新一代的软微电子和生物电子设备。这些未来的设备将结合厘米级的灵活性、微米级的均匀性和纳米级的聚合物链电控机械运动的优势，具有优越的生物相容性。”
这项研究得到了英国皇家学会的部分资助。
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