Estudo e caracterização de filmes nanoestrurados de derivados de poli-fulerenos

Abstract

Esse trabalho teve como objetivo a fabricação e caracterização de filmes ultrafinos de [6,6] - fenil-C 61 -ácido butírico-metil éster (PCBM) e de poli(fulerenos). A utilização de fulerenos em diversas aplicações tecnológicas tem sido amplamente estudada devido às suas características excepcionais de coletar elétrons. Neste trabalho, foram utilizados e estudados derivados de poli- fulerenos, sendo que estes apresentam vantagem em relação aos fulerenos C 60 , devido ao fato de que algumas aplicações destes materiais têm sido difíceis de explorar devido à sua natureza hidrofóbica, à dificuldade de reproduzir sua estrutura química de forma controlada, e a forte tendência do C 60 de formar dímeros e agregados de uma maneira descontrolada. Uma tentativa de solucionar estes problemas, é a incorporação de polímeros ao fulereno. Uma abordagem mais consistente é necessária para incorporar o fulereno em polímeros para desenvolver estruturas em que o fulereno se arranje em estruturas de nano e meso-escala com tamanhos controlados, para compreender e amplificar as propriedades do fulereno para aplicações tecnológicas. Dentro deste contexto, neste projeto foram fabricados e caracterizados, na forma de filmes de Langmuir, derivados de poli(fulerenos). A formação dos filmes Langmuir foi estudada através de isotermas de pressão e de microscopia de ângulo de Brewster (BAM), onde foram analisadas informações sobre a homogeneidade, comportamento da fase e morfologia do filme. Além disso, os filmes finos fabricados foram caracterizados através de medidas espectroscópicas de absorção no UV-visível, de microscopia AFM, Raman e Voltametria Cíclica. Essas caracterizações forneceram informações sobre a qualidade, uniformidade e morfologia dos filmes. Os filmes em substratos interdigitados de ouro foram, então,caracterizados eletricamente (medidas DC) dando ênfase no estudo dos mecanismos de transporte e condutividade. Pretendeu-se, como aplicação tecnológica, utilizar esses materiais como elementos (aceitadores de elétrons) de células solares orgânicas. Para isto, foi utilizado um material doador de elétrons bem conhecido pela literatura na fabricação de células solares orgânicas, o poli(3-hexiltiofeno) (P3HT). Foi possível evidenciar a influência do P3HT nos filmes produzidos, pelo considerável aumento de suas condutividades.

This work aimed to manufacture and characterize ultra-thin films of [6,6]-Phenyl-C 61 -Butyric Acid-Methyl ester (PCBM) and poly(fullerenes). The use of fullerenes in several technological applications has been widely studied due to its exceptional characteristics of collecting electrons. In this work, poly-fullerene derivatives were used and studied, which have an advantage over C 60 fullerenes, due to the fact that some applications of these materials have been difficult to explore due to their hydrophobic nature, the difficulty of reproducing their structure and the strong tendency of C 60 to form dimers and aggregates in an uncontrolled manner. An attempt to solve these problems is the incorporation of polymers to fullerene. A more consistent approach is needed to incorporate fullerene in polymers to develop structures in which fullerene is arranged in nano and mesoscale structures with controlled sizes, to understand and amplify the properties of fullerene for technological applications. Within this context, in this project were manufactured and characterized, in the form of Langmuir films, derived from poly-fullerenes. The formation of Langmuir films was studied using pressure isotherms and Brewster's Angle Microscopy (BAM), where information on homogeneity, phase behavior and film morphology were analyzed. In addition, the manufactured thin films were characterized by spectroscopic measurements of UV-visible absorption, AFM microscopy, Raman and Cyclic Voltammetry. These characterizations provided information about the quality, uniformity and morphology of the films. The films on interdigitated gold substrates were then electrically characterized (DC measurements) with an emphasis on the study oftransport and conductivity mechanisms. It was intended, as a technological application, to use these materials as elements (electron acceptors) of organic solar cells. For this, an electron donor material well known by the literature in the manufacture of organic solar cells, poly (3- hexylthiophene) (P3HT), was used. It was possible to evidence the influence of P3HT in the films produced, due to the considerable increase in their conductivities.