Preparação e caracterização de nanohíbridos poliméricos para aplicação em camada ativa de dispositivos optoeletrônicos
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Marco Antonio Schiavon
João Paulo de Mesquita
Maria Irene Yoshida
Luciano Andrey Montoro
João Paulo de Mesquita
Maria Irene Yoshida
Luciano Andrey Montoro
Resumo
Neste trabalho, foram sintetizados híbridos de nanotubos de carbono de parede múltipla (MWCNT) e polímeros conjugados (PC) , dois derivados do politiofeno (P3HT - poli(3-hexiltiofeno) e PEDOT- poli(3,4-etilenodióxitiofeno)) e um derivado do polianilina (PANI). Foram realizadas caracterizações estruturais, optoeletrônicas e eletroquímicas para todos os materiais. O objetivo principal desse trabalho é a obtenção de novos materiais com propriedades optoeletrônicas melhoradas em relação aos polímeros puros (P3HT, PEDOT e PANI), e potencial para aplicação em camada ativa de células solares. Primeiramente, foram realizadas 3 etapas de funcionalização do MWCNT : (i) oxidação em meio ácido; (ii) adição de amina (DAP - 1,3-diaminopropano e TEPA - tetraetilenopentamina) ; e (iii) adição de monômero (ATC - ácido tiofenocarboxílico, para obtenção dos híbridos derivados do politiofeno; e AAB - ácido aminobenzóico, para obtenção dos híbridos derivados do polianilina). Posteriormente, os polímeros conjugados foram ligados covalentemente a estes materiais através de polimerização in situ em meio oxidativo. As caracterizações eletroquímicas (voltametria cíclica e espectroscopia de impedância) e elétrica dos híbridos derivados de politiofenos mostraram ganho de propriedade do híbrido MWCNT-TC-P3HT, contendo TEPA e P3HT, comparado aos demais materiais. Este material foi escolhido para aplicação como camada ativa de protótipos de células solares naconfiguração: ITO/PEDOT:PSS/MWCNT-TC-P3HT/Al. Os dispositivos apresentaram bons resultados nos testes realizados em simulador solar e são candidatos potenciais para aplicação em células solares.Os híbridos derivados do PANI foram caracterizados eletroquimicamente em dois eletrólitos aquosos, 2 mol L-1 HCl e 2 mol L-1 H2SO4, à fim de avaliar a contribuição da natureza dos eletrólitos nas propriedades eletroquímicas dos materiais. As análises mostraram propriedades melhoradas do híbrido em relação para o polímero puro nos dois eletrólitos. Os resultados obtidos em HCl apresentaram sistemas com menor resistência na transferência de carga.
Abstract
In this work, hybrid of multi walled carbon nanotubes (MWCNT) and conjugated polymers (CP), two polythiophene derivatives (P3HT - poly (3-hexylthiophene) and PEDOT - poly (3,4- ethylenedioxythiophene)) and one polyaniline derivative were synthesized (PANI). Structural, optoelectronic and electrochemical characterizations were performed for all materials. The main objective of this work is to obtain charge transfer materials, processable, which high mobility nanoredes in the polymer matrix to act as traps for electrons therefore, presenting highpotential for application in optoelectronic devices. First, MWCNT functionalization were performed three stages: (i) oxidation in acidicmedium; (ii) amine addition (DAP 1,3-diaminopropane and TEPA tetraethylenepentamine); and (iii) the monomers addition (TCA - thiophenecarboxylic acid, to obtain polythiophene-derived hybrids, and ABA - aminobenzoic acid, to obtain polyaniline-derived hybrids). Later, the conductive polymers were covalently bound to these materials by polymerization in situ in oxidative medium. Electrochemical characterization (cyclic voltammetry and impedance spectroscopy)and electrical characterization of the polythiophene derived hybrids showed a superiority of the MWCNT-TC-P3HT hybrid, containing TEPA and P3HT, compared to the other materials. This material was chosen for application as an active layer of solar cell prototypes in the configuration: ITO/PEDOT: PSS/MWCNT-TC-P3HT/Al. The devices showed goodresults in the solar simulator tests and are potential candidates for application in solar cells. The hybrids derived from PANI were electrochemically characterized in two electrolytes, 2 mol L-1 HCl e 2 mol L-1 H2SO4, in order to evaluate the contribution of the nature of the electrolytes to the electrochemical properties of the materials. The analyses showed improved properties of the hybrid compared to the pure polymer in the two electrolytes. The results obtained in HCl presented systems with lower resistance in the charge transfer.
Assunto
Dispositivos optoeletrônicos, Físico-química, Polímeros conjugados, Células solares, Fotoluminescência, Nanotubos de carbono
Palavras-chave
híbrido, dispositivos, polímero conjugado, Nanotubos de carbono, optoeletrônicos