CSA'nın P3HT VE MEH-PPV polimerlerinin fiziksel özelliklerine etkisi

Abstract

Bu tez çalışmasında iki temel organik yarıiletken polimerin P3HT ve MEH-PPV kullanılması hedeflenmiştir. İlk olarak P3HT analiz edilmiştir. Daha önceki çalışmalarda, kamfor sülfonik asitin (CSA) konjuge polimerler üzerindeki doping (katkılama) etkisi belirtilmiş ve nanofilmler aracılığıyla polimer üzerinde elektriksel (dc) iletkenliklerinin artışına sebep olduğu gözlemlenmiştir. Öte yandan, bir çözücü olarak m-cresolün asitliği nedeniyle polimerlerdeki taşıyıcı yük hareketliliğini arttırdığı da öne sürülmüştür. P3HT polimerinde CSA'nın katkılama etkisi ile ilgili birçok çalışma olmasına rağmen, P3HT, CSA ve m-cresolün birlikte kombinasyonu ile ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmanın ilk aşamasında çözücü m-cresolün ve CSA'nın P3HT üzerindeki etkisi açıklanmıştır. P3HT ince filmlerin optik absorpsiyonunu ve dc elektriksel özelliklerini geliştirmek için katkı maddesi olarak CSA ve ayrıca çözücü olarak m-cresol kullanılmıştır. İnce film örneklerinin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri için çözücü m-cresolde CSA'nın P3HT üzerindeki katkılama etkisi incelenmiştir. Ayrıca ilk aşamada, P3HT filmlerin iletkenlik-sıcaklık özellikleri incelenmiş ve daha sonra ince filmlerdeki CSA miktarlarının etkilerine katkı sağlanarak her bir numunenin aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. P3HT'nin (Poly (3-hexylthiophene)) yapısal, optik ve elektriksel özellikleri, CSA m-cresol içindeki katkılama etkisi ile incelenmiştir. P3HT ince film örneklerinin SEM görüntüleri ve optik mikroskopisi, CSA'nın P3HT yüzeyinde dağılması yoluyla morfolojik etki göstermiştir. Optik absorpsiyon analizinde, 650 nm ile 900 nm arasında CSA filmleriyle katkılı P3HT'de kırmızıya kayma ve genişleme araştırılmıştır. Ayrıca, P3HT ince filmlerin elektriksel iletkenliklerinin, 313-337 K sıcaklıkları arasında doğrusal bir artış gösterdiği ve CSA'nın P3HT'nin dc iletkenliğini Kelvin başına 7.04x10-9 S/cm'den 1.31x10-6 S/cm'ye yükselttiği ortaya konmuştur. İlk aşamanın sonunda, Arrhenius denklemi kullanılarak örneklerin aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Çözücü m-cresolde CSA'nın P3HT üzerindeki artan etkisi sonucu, P3HT'nin aktivasyon enerjisi 0.605 eV'den 0.302 eV'ye düşmüş ve dolayısıyla elektriksel iletkenliğe katkısının olduğu ispatlanmıştır. P3HT polimerinin analizinin ikinci aşamasında dielektrik özellikler incelenerek polimerin kapasitif etkisine bakılmıştır. P3HT/CSA kompozitlerinin kompleks elektriksel geçirgenlik, kayıp tanjantı, kompleks elektrik modülü dahil olmak üzere frekansa bağlı elektriksel özellikleri incelenmiştir. Numunelerin yapısal özellikleri FT-IR spektroskopisi ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleme ile gerçekleştirilirken; enerji depolama potansiyelini ortaya çıkarmak için empedans ve iletkenlik ilişkisi, 20 Hz ile 10 MHz arasında empedans analizörü kullanılarak yapılmıştır. Numunelerin kompleks elektriksel geçirgenlik analizi, CSA takviyesinin P3HT'nin hem enerji depolama kabiliyetini hem de iletkenliğini artırmada olumlu bir etkiye sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Özellikle 0.011M CSA içeren kompozitin ' değerinin diğerlerine göre daha yüksek olması, daha düşük kayıp tanjantına sahip olması ve iletkenliğinin tüm numunelere göre yüksek olması bu kompoziti birçok uygulama için cazip kılmaktadır. Ayrıca P3HT'nin süperkapasitif yapısının bir göstergesi olan yüksek frekanslarda (3-10 MHz) P3HT'nin -90o'ye çok yakın bir faz farkına sahip olduğu ilk kez tespit edilmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında MEH-PPV polimeri analiz edilmiştir. MEH-PPV/CSA kompozitleri çeşitli spektroskopik metotlarla analiz edilmiş; frekansa bağlı elektriksel özellikleri ayrıca değerlendirilmiştir, CSA'nın polimer matrisine dâhil edilmesi, FTIR, UV, PL, SEM ve AFM sonuçları ile doğrulanmış, ayrıca DC iletkenlik analizi, polimerin elektrik doğasını lineer değişimden farklı şekilde etkilediğini göstermiştir.