Glovebox-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Meine interdisziplinäre Arbeitsgruppe aus Polymerchemikern und Physikochemikern beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Synthese und Physikalischen Chemie von Funktionspolymeren. Eine Hauptexpertise liegt dabei im Bereich der Filmpräparation und gezielten Nanostrukturierung polymerer Materialien. Insbesondere betrachten wir Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in konjugierten, halbleitenden Polymeren, einer Klasse von Materialien, welche für optoelektronische Anwendungen (Organische Feld-Effekt Transistoren OFETs, Organische Solarzellen OSCs,...) relevant sind. Hierzu werden die optischen, elektronischen, elektrochemischen und optoelektronischen Eigenschaften dieser Polymermaterialien studiert und mit der Morphologie auf der Nano- und Mesoskala korreliert. Das Gloveboxsystem stellt für meine Arbeitsgruppe den zentralen Arbeitsplatz zur Herstellung sowohl von dünnen Polymerfilmen als auch von optoelektronischen Bauteilen wie OFETs oder OSCs dar. Hierbei kann die Herstellung der Bauteile komplett ohne Kontakt mit Sauerstoff erfolgen, da die einzelnen Gloveboxen mittels Schleusen verbunden sind. Die Polymerfilme sind somit vor einer chemischen Veränderung durch Oxidation geschützt. Derartig hergestellte Elektroden werden auch für elektrochemische Experimente verwendet. Die eingebaute Lackschleuder ermöglicht eine homogene Beschichtung der Substrate mit Polymerfilmen, wohingegen mit der Aufdampfanlage verschiedene Metalle und kleine organische Moleküle aufgedampft werden können. Mittels eigens dazu hergestellter Schatten-Masken können Metallelektroden für die optoelektronischen Bauteile zielgenau aufgebracht werden. In einem weiteren Teil des Gloveboxsystems sind Messgeräte zur Charakterisierung von OFETs und OSCs untergebracht. Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten erlauben es einem Großteil meiner Mitarbeiter Experimente an diesem Gloveboxsystem durchzuführen. Im Folgenden soll exemplarisch ein aktueller Forschungsschwerpunkt herausgestellt werden. Der Ladungstransport in teilkristallinen konjugierten Polymeren stellt eine wichtige Eigenschaft im Hinblick auf Anwendungen in optoelektronischen Bauteilen dar. Mittels Ladungstransportmessungen an hochausgerichteten Filmen des n-halbleitenden Polymers Poly{N,N´-bis(2-octyldodecyl)-1,4,5,8-naphthalendicarboximid-2,6-diyl]-alt-5,5´-(2,2´-bithiophen)} P(NDI2OD-T2) konnte gezeigt werden, dass die Elektronenmobilität entlang der Polymerkette am größten ist. Das Gloveboxsystem ermöglichte hierbei die Herstellung und Messung der Feldeffekt-Transistoren. In einer weiteren Studie an P(NDI2OD-T2) konnte mit Hilfe von elektrochemischen Transistoren gezeigt werden, dass in diesem Polymer der Ladungstransport vermutlich über einen Hopping-Mechanismus der Elektronen stattfindet. Hierbei lieferte das Gloveboxsystem einen wesentlichen Beitrag zur Herstellung der Polymerfilme auf den Elektroden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Influence of Processing Solvents on Optical Properties and Morphology of a Semicrystalline Low Bandgap Polymer in the Neutral and Charged States. Macromolecules 46, 2013, 4924
F.S.U. Fischer, K. Tremel, A.-K. Saur, S. Link, M. Brinkmann, J.T. López Navarrete, M.C. Ruiz Delgado, S. Ludwigs
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/ma400939z) - Charge Transport Anisotropy in Highly Oriented Thin Films of the Acceptor Polymer P(NDI2OD-T2). Adv. Energy Mater. 2014, 1301659
K. Tremel, F.S.U. Fischer, N. Kayunkid, R. Di Pietro, R. Tkachov, A. Kiriy, D. Neher, S. Ludwigs, M. Brinkmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/aenm.201301659) - Dithienosilole- Based All-Conjugated Block Copolymers Synthesized by a Combination of Quasi- Living Kumada and Negishi Catalyst- Transfer Polycondensations. Polymer Chemistry, 5, 2014, 5383
T. Erdmann, J. Back, R. Tkachov, A. Ruff, B. Voit, S. Ludwigs, A. Kiriy
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c4py00747f) - Electrochemical Investigations of the N-Type Semiconducting Polymer P(NDI2OD-T2) and Its Monomer: New Insights in the Reduction Behavior. J. Phys. Chem. C 119, 2015, 22760
D. Trefz, A. Ruff, R. Tkachov, M. Wieland, M. Goll, A. Kiriy, S. Ludwigs
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05756) - Enhanced Photogeneration of Polaron Pairs in Neat Semicrystalline Donor-Acceptor Copolymer Films via Direct Excitation of Interchain Aggregates. J. Phys. Chem. Lett. 6, 2015, 1196
D. Di Nuzzo, D. Viola, F.S.U. Fischer, G. Cerullo, S. Ludwigs, E. Da Como
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b00218) - Highly Crystalline Films of PCPDTBT with Branched Side Chains by Solvent Vapor Crystallization: Influence on Opto-Electronic Properties Adv. Mater. 27, 2015, 1223
F.S.U. Fischer, D. Trefz, J. Back, N. Kayunkid, B. Tornow, S. Albrecht, K.G. Yager, G. Singh, A. Karim, D. Neher, M. Brinkmann, S. Ludwigs
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adma.201403475) - Polythiophenes with Thiophene Side Chain Extensions: Convergent Syntheses and Investigation of Mesoscopic Order. Macromolecules 48, 2015, 7049
M. Scheuble, Y.M. Gross, D. Trefz, M. Brinkmann, J.T. López Navarrete, M.C. Ruiz Delgado, S. Ludwigs
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5b01512) - Revealing Structure Formation in PCPDTBT by Optical Spectroscopy. J. Polym. Sci. Part B 53, 2015, 1416
Ch. Scharsich, F.S.U. Fischer, K. Wilma, R. Hildner, S. Ludwigs, A. Köhler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/polb.23780) - Structural Models of Poly(cyclopentadithiophene-altbenzothiadiazole) with Branched Side Chains: Impact of a Single Fluorine Atom on the Crystal Structure and Polymorphism of a Conjugated Polymer. Macromolecules 48, 2015, 3974
F.S.U. Fischer, N. Kayunkid, D. Trefz, S. Ludwigs, M. Brinkmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5b00839)
