Presentación de PowerPoint - Instituto de Estructura de la Materia
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ESTUDIO DE POLÍMEROS SEMICONDUCTORES MEDIANTE TÉCNICAS DE LUZ SINCROTRÓN Álvaro Rodríguez Rodríguez Grupo de Materia Condensada Blanda y Polimérica (SOFTMATPOL) Instituto de Estructura de la Materia (CSIC) CURSO DE INICIACIÓN A LA INVESTIGACIÓN 2014 Esquema: • Grandes instalaciones: sincrotrón • Polímeros conductores (estructura y mecanismo) • Técnicas de luz sincrotrón: i) Dispersión de rayos-X ii) Absorción de rayos-X • Conclusiones 1 ) Grandes instalaciones: sincrotrón ¿Cómo funciona? 2 3 1 4 1 ) Grandes instalaciones: luz sincrotrón LUZ SINCROTRÓN ¿Ventajas? Alta intensidad (brillo) Alta colimación angular Polarización lineal en el plano de la orbita Estructura temporal en forma de pulsos Rayos-X duros: Longitud de onda del orden de distancias interatómicas Rayos-X blandos: Longitud de onda transiciones electrónicas desde niveles muy internos Sincrotrón ALBA: España 7 líneas en funcionamiento desde 2012 Línea de difracción no cristalina: propuesta SOFTMATPOL 2 ) Polímeros semiconductores En 1973 primer polímeros semiconductor sintetizado En 2000 premio Nobel Química ¿Qué tienen diferente? Polímeros conjugados e- Orden-movilidad e- 1 µm Aplicaciones: • • • • • • Células solares orgánicas OLED Biosensores Catálisis Supercapacitores etc (10-100) nm (0.1-1) nm 3 ) Técnicas de luz sincrotrón Mezcla de dos polímeros: P3HT / PCDTBT 1:1 250 nm (thin films) nanotecnología ¿Podemos conocer la cristalinidad de la mezcla? ¿Orden laminillas? Dispersión de rayos X LUZ SINCROTRÓN 3 ) Técnicas de luz sincrotrón GIWAXS y GISAXS : Dispersión de rayos-X a altos y bajos ángulos en incidencia rasante Análisis del espacio reciproco GIWAXS: información escala de 0.25-5 nm GISAXS: información escala de 10 nm-2 µm 3 ) Técnicas de luz sincrotrón Ejemplos: GISAXS Con GISAXS podemos observar correlaciones en una escala de longitud mayor, detecta nanoestructuras que no pertenecen a la estructura molecular 5 nm 50 nm λ= 266 nm AFM LÁSER-UV -5 nm -50 nm PCDTBT LIPSS PCDTBT λ= 266 nm GISAXS LÁSER-UV ESRF@ BM26 3 ) Técnicas de luz sincrotrón Mezcla de dos polímeros: P3HT / PCDTBT 1:1 200 nm (thin films) nanotecnología ¿Podemos conocer la cristalinidad de la mezcla? ¿Orden laminillas? ¿Podemos conocer la composición química de las fases en la mezcla? Estructuras químicas diferentes Dispersión de rayos X Absorción de rayos X LUZ SINCROTRÓN 3 ) Técnicas de luz sincrotrón NEXAFS: Espectroscopia de absorción de rayos-X SENSIBLE A ESTRUCTURA QUÍMICA Y ORIENTACIÓN LAMINILLAS 3 ) Técnicas de luz sincrotrón Ejemplos: Espectros de absorción de rayos-X linear absorption coeficient) / nm-1 -3 6,0x10 -3 5,0x10 -3 4,0x10 282,2 282,4 282,6 282,8 283,0 -3 3,0x10 -3 2,0x10 -3 1,0x10 270 280 290 300 310 320 330 340 energy / eV Microscopia de absorción de rayos–X (STXM) Espesor de la muestra SLS@Pollux Mapa composicional 250 nm PCDTBT Imagen de topografía de AFM en “modo tapping” P3HT/PCDTBT 1:1 (250 nm) 500 nm 500 nm 150 nm Imagenes 5 x 5 de STXM: espesor de la muestra P3HT/PCDTBT 1:1 P3HT ¡ Zonas de mayor altura son ricas en PCDTBT ! 4 ) Conclusiones • Con técnicas basadas en dispersión de rayos-X con luz sincrotrón se puede tener información del orden cristalino a distintas escalas de longitud en películas delgadas de polímeros conductores. • Con la absorción de rayos-X es posible realizar mapas de composición de mezclas de polímeros. • Es posible comparar la información obtenida por AFM y por microscopía de rayos-X y concuerda. MUCHAS GRACIAS! Grupo de materia condensada blanda y polimérica Mari Cruz García Gutiérrez Tiberio A. Ezquerra http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/
