有關共軛聚合物結構的第一張詳細圖片是由華威大學的Giovanni Costantini教授領導的研究小組制作的。

這些聚合物導電的能力使它們受到高度追捧，但直到現(xiàn)在它們也被描述為極度相機害羞，因為沒有簡單的手段來確定它們的結構。這項新技術不僅可以讓研究人員確定它，而且可以用自己的眼睛清楚地看到它。

共軛聚合物能夠?qū)щ?，因為它們是共軛分子鏈，其中電子可以由于它們重疊的電子p軌道而自由移動。實際上，它們是優(yōu)良的分子線。此外，它們類似于半導體材料(它們具有能隙)，因此它們可用于電子(塑料電子)和光伏(有機太陽能電池)應用。

現(xiàn)代功能聚合物通常是共聚物，即它們由(理想的常規(guī))不同單體序列制成。這些單體的順序?qū)τ谒鼈兊墓怆娦再|(zhì)是必不可少的，這些性質(zhì)可能因單體在鏈中實際連接形成聚合物的錯誤而被多次損壞(在這些材料的合成過程中發(fā)生所謂的聚合錯誤)。然而，用當前的分析方法檢測這些誤差的性質(zhì)和確切位置已證明是有問題的。質(zhì)譜法不提供解決方案，因為較短的聚合物鏈通常更可能被電離，因此在光譜中往往過多。

Costantini及其同事提出并實施了一種全新的方法來克服這一基本的分析問題?；舅枷敕浅：唵?，但同時具有變革性：將聚合物沉積在表面上并通過高分辨率掃描隧道顯微鏡(STM)對其成像。這種方法有效地實現(xiàn)了理查德·費曼(Richard Feynman)在其著名的1959年演講中的一個有遠見的預測，即底部有很多房間，他說在未來“對任何復雜的化學物質(zhì)進行分析是非常容易的;所有的必須做的就是看它，看看原子在哪里。“

STM的原子級分辨率對于這個目標是理想的，但問題仍然是聚合物分子鏈首先在真空中完整地沉積在原子清潔和平坦的表面上。這樣做的常用方法包括加熱分子材料直至其升華，但對于與聚合物一樣大的分子，這有效地熔化了應該研究的結構。因此，作者選擇了一種新的方法，通過一系列微小的開口將聚合物云噴射到真空室中，允許單個未混雜的層沉積在完全代表原始聚合物樣品的表面上。這些層的STM產(chǎn)生了令人驚嘆的分辨圖像，清楚地揭示了共軛聚合物的亞單體細節(jié)。

華威大學的Giovanni Costantini教授帶著來自帝國，劍橋和利物浦的同事領導的研究人員在2018年6月15日星期五科學進展中出現(xiàn)的題為“用眼睛測序共軛聚合物”的論文中公布了這些結果。他們的高分辨率共軛聚合物結構的STM圖像非常詳細，它們不僅有助于質(zhì)量控制和聚合物設計的微調(diào)，而且它們甚至可以用作類似于聚合物的知識產(chǎn)權(IP)護照照片的東西。據(jù)推測，這些精確而清晰的圖像可以幫助合成研究人員通過顯著改善可用于支持知識產(chǎn)權保護應用的信息來準確地展示他們希望合法保護的設計。

在他們的論文中，研究人員通過檢查共軛聚合物來證明新技術的強大功能：“聚四甲基 - 二酮吡咯并吡咯 - 呋喃 - 呋喃”。這是基于DPP的家族的共軛聚合物，目前在光電器件中顯示出一些最佳性能。

當該聚合物鏈以一個大的“A”單體和一個較小的“B”單體的交替順序形成時，該材料是最有效的。然而，在合成過程中可能發(fā)生缺陷，破壞了理想的序列，從而也損害了其吸引人的導電和捕光性能。迄今為止的推測是，這主要發(fā)生在兩個較大的“A”單體在BAAB序列中直接連接在一起時。

當這些缺陷發(fā)生時，在共軛聚合物組件中形成間隙或空隙，與鏈中的那些誤差相對應。華威大學領導的研究團隊能夠使用他們的新可視化技術非常清楚地顯示所有這些間隙，然后進一步放大到聚合物鏈上，精確地發(fā)現(xiàn)每個有缺陷的單體序列。在這樣做時，令他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)不是預期的BAAB缺陷而是ABBA缺陷。

華威大學化學系物理學家Giovanni Costantini教授說：

這種具有亞單體空間分辨率的共軛聚合物成像能力，使我們第一次能夠通過簡單地觀察它來對聚合物材料進行測序。我們使用這種技術制作的第一批圖像非常詳細，當合成聚合物的研究人員首次看到它們時，他們喜出望外的印象讓我想起新父母對嬰兒的第一次超聲波掃描的反應。

除了代表重大的技術突破外，這種將真空電噴霧沉積與高分辨率掃描隧道顯微鏡相結合的新技術還有可能徹底改變共軛聚合物應用相關領域的分析能力，而其他現(xiàn)有技術極為有限。