Publicação: Síntese e caracterização físico-química de novos semicondutores orgânicos à base de tiofeno e fenileno
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
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Neste trabalho, novos polímeros a base de tiofeno-fenileno foram pensados, sintetizados e
suas propriedades foram estudadas através de caracterização físico-química. Como aplicação,
o 5-(5-(10-chlorodecyloxy)-2-methoxy-4-(5-methylthiophen-2-yl)phenyl)-5\'-(2-(2-ethylhexyloxy)-
5-methoxy-4-(5-methylthiophen-2-yl)phenyl)-2,2\'-bithiophene (PTBT-46) foi submetido à
radiação gama com o objetivo de investigar a interação da radiação ionizante com polímeros.
A união de fenileno e tiofeno na mesma cadeia polimérica promove a melhora das
propriedades ópticas, eletroquímicas e de transporte. Para este propósito, várias rotas
químicas foram utilizadas e diferentes cadeias laterais dialcóxi foram anexadas, inclusive,
com halogênios que possuem melhor seção de choque para a radiação gama. Os polímeros
foram caracterizados por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (1H RMN, 13C
RMN), cromatografia de permeação em gel (GPC - Gel Permeation Chromatography),
espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), medidas de absorção
óptica (AO), espectroeletroquímica (UV-Vis in situ), fotoluminescência (PL),
fotoluminescência de excitação (PLE) e medidas elétricas dc. Alguns compostos foram
caracterizados por voltametria cíclica (VC) para comparação do gap eletrônico com o gap
óptico. Os monômeros obtidos apresentaram boas propriedades ópticas e, um deles (TBT-25)
mostrou-se capaz de formar filmes. Os polímeros sintetizados apresentam vários tamanhos e
emissões no intervalo que vão do verde ao vermelho da região espectral do UV-Vis. O PTBT-
46 apresentou uma propriedade inédita na interação com a radiação gama: a dopagem da
cadeia. Este fato foi verificado, principalmente pela mudança de cor, por medidas ópticas e
pelo aumento da condutividade com o aumento da dose de radiação. A influência do solvente,
da taxa de dose e concentração no efeito observado também foram estudados. Foram
observados deslocamentos para o azul (blue shift) nas medidas ópticas com o aumento da
dose de radiação que foram atribuídos à quebra de conjugação. Medidas de FTIR
confirmaram que a quebra de conjugação não é devido à quebra da cadeia, mas a mudanças
conformacionais e trata-se, ainda, de um processo reversível. Desse modo, novos polímeros
conjugados e emissores de luz com propriedades interessantes do ponto de vista da aplicação
tecnológica em dispositivos opto-eletrônicos foram sintetizados e caracterizados. A aplicação
em sensoriamento de radiação se mostrou altamente vantajosa e promissora devido ao novo
efeito observado de dopagem extrínseca do semicondutor orgânico.
Abstract
In the present work, new polymers based on thiophene-phenylene were designed, synthesized,
and their properties were studied by physicochemical characterization. In particular,
interaction of gamma radiation and the polymer 5-(5-(10-chlorodecyloxy)-2-methoxy-4-(5-
methylthiophen-2-yl)phenyl)-5\'-(2-(2-ethylhexylo-xy)-5-methoxy-4-(5-methylthiophen-2-yl)
phenyl)-2,2\'-bithiophene (PTBT-46) was performed. Linking phenylene and thiophene rings
in a polymer chain is known to improve, in general, optical, electrochemical, and transport
properties and then, considering this, several chemical routes have been used and different
dialkoxy side chains were attached to it in order to develop such materials. For such alkyl
chains, halogens groups, which have a bigger cross section for gamma radiation, have been
inserted. The polymers were characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H
NMR, 13C NMR), gel permeation chromatography (GPC), Fourier transform infrared
spectroscopy (FTIR), optical absorption (AO), spectroelectrochemistry (in situ UV-Vis),
photoluminescence (PL), photoluminescence excitation (PLE) and dc electrical conductivity
measurements. Some compounds were characterized by cyclic voltammetry (CV) to compare
the electronic band gap with the optical one. The monomers obtained showed interesting
optical properties and one of them (TBT-25) was able to form films. Polymers of different
sizes and emissions in the range that goes from green to red in the spectral region of the UVVis
were synthesized. The PTBT-46 presented a unique property in the interaction with
gamma radiation: the doping of the chain. This effect was observed mainly by color change,
by optical measurements and the conductivity increase with increasing of radiation dose. We
also checked the influence of solvent type, material concentration, and dose rate. Blue shifts
with increasing of radiation dose were observed in optical measurements and were attributed
to the breaking of conjugation by molecular conformational changes. This statement comes
from the fact that FTIR measurements showed no break in the chain and this process was
claimed to be reversible. Therefore, new luminescent conjugated polymers were obtained with
great technological interest in optoelectronic area and the use of the new phenomena,
semiconductor extrinsic doping processes, is promissory in detection on the ionizing radiation
area.
Palavras-chave
Polímeros, Tiofeno-fenileno, Radiação gama, Sensor, Thiophene-phenylene, Radiação ionizante, Tiofenos, Semicondutores orgânicos
Citação
SILVA, Marcia Dutra Ramos. Síntese e caracterização físico-química de novos semicondutores orgânicos à base de tiofeno e fenileno. 2013. 172 f. Tese (Doutorado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2013.89