Page 1
1
1912 Nobel dla Dalana za acetylen
1963 Nobel dla Zieglera i Natty za polimeryzację etylenu i propylenu
1974 Shirakawa - otrzymanie czystych izomerów poliacetylenu
1977 “domieszkowanie” polietylenu (Shirakawa, MacDarmid i Heeger)
2000 Nobel dla Shirakawy, MacDarmida i Heegera
12. Plastikowa elektronika
Page 2
2
Organiczne materiały
polimery małe molekuły organiczne
tanie, bezpróŜnioweotrzymywanie!
Page 3
3
polietylen
Nasycone polimery
Etylen CH2=CH2
Orbitale 2sp 3 i 1s - silnekowalencyjne wi ązania σσσσpomi ędzy wszystkimi atomami
Page 4
4
Wrowadzenie ładunku lub wzbudzenie prowadzi do powstania polaronów i solitonów -„autostrada acetylenowa”.
Polimeryzacja acetylenu ⇒ poliacetylen
Acetylen HC ≡≡≡≡ CH
elektrony 2s, 2px i 2py- hybrydyzacja sp2 i 1s - planarne orbitale σ ;
SprzęŜone (p-conjugated) polimery
elektron 2pz - orbital π zlokalizowany na węglu
Page 5
5
Przerwa energetyczna w polimerach E(HOMO)-E(LUMO):
( )NNdm
hNE
Ndm
hN
LUMOE
Ndm
hN
HOMOE
Ndm
hnEn
1
)(8
1
)(8
12
)(
)(8
2)(
)(8
2
22
2
22
2
22
2
22
∝+
=∆
+=
=
=
ZaleŜy od długości łańcucha
W granicy dla b. długiego łańcucha:∆E ≠≠≠≠ 0 (transformacja Peierlsa)
poliacetylen ∆E = 3.2 eV
jednowymiarowy ła ńcuchjednowymiarowe pudełko, elektrony π kolejno zajmują poziomy
Page 6
6
1974 Shirakawa - otrzymanie czystych izomerów poliacetylenu
SprzęŜone polimery
Page 7
7
Utlenianie ( p-doping): [CH] n + 3x/2 I2 --> [CH]nx+ + x I3
- (J, F, Br)Redukcja ( n-doping): [CH] n + x Na --> [CH] n
x- + x Na+ (Na, Li, K)
Domieszkowanie polimerów
Page 8
8
Wzbudzenia w polimerach
• polaron (ładunek + odkształcenie sieci)
• bipolaron (skorelowane dwa ładunki)
• soliton (defekt w jednowymiarowym łańcuchu)
• ekscyton (Frenkel’a lub “charge transfer exciton”)
• polariton (polaron + foton)
Page 9
9
Polaron
P+ utworzony przez usuni ęcie jednego elektronu
P-
~0.2 eV
~0.2 eV npp
np
p
P+
~0.2 eV
~0.2 eV npp
np
p
Bipolaron P --
SprzęŜenie elektron-fonon
Page 10
10
Transport ładunku pomiędzy dwoma łańcuchami molekuł -hopping
Solitony spułapkowane przez jony domieszki oddziałują z neutralnym solitonem
Soliton
Page 11
11
Ekscytony
Frenkel’a, < 5 A Ekscyton CT (pośredni między Wanniera i Frenkel’a)
Energia wi ązania ekscytonu (?): 0.4 eV
zdelokalizowany zlokalizowany
Page 12
12
PLED (polymer light-emitting diode)
Mała praca wyj ścia DuŜa praca wyj ścia
Page 13
13
Transfer energii mi ędzy molekułami
Niezwiązana para elektron-dziura
Słabo związany ekscyton CT
Ekscyton Frenkel’a
Radiacyjna rekombinacja singletowego ekscytonu
hνννν
Page 14
14
Nieradiacyjny transfer energii
Dyfuzja ekscytonu
Rezonansowe sprzęŜenie dipol-dipol
ZaleŜy od czasu Ŝycia ekscytonui całki przekrycia widma absorpcji i emisji
ZaleŜy takŜe od przekrywania sięorbitali molekularnych
Page 15
15
OLED - domieszkowanie i nieradiacyjny transfer energii
Molekuły gospodarza
Molekuły domieszki
Domieszkowanie ziemią rzadką (Eu)
Page 17
17
LEDy - post ęp w wydajno ści
Page 18
18
Wyświetlacze
Kodak, małe molekuły (1.5 mm grubośći)
Polimerowe displaye: Friend (Cambridge Display Technology)
Heeger UNIAX (obecnie DuPont Displays).
Golarka Philipsa
Page 19
19
E-gazeta E-papier (cienki wyświetlacz)
Page 20
20
Plastikowe tranzystory (technika druku atramentowego,Palo Alto Research Center)
Polimerowe tranzystory
Struktura MOS