Polipirol Esaslı Nano Yapıların Elektronik, Optik Ve Morfolojik Özelliklerinin Teorik Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, polipirol (PPy) diblok kopolimerlerin konjuge olmayan kısımlarının iletken polipirol üzerindeki etkisinin incelemek üzere kısa kooligomerlerin yoğunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) ile geometri optimizasyonu yapılmıştır. Polimer zincirlerinin yönlenmesini ve katlanmalarını modellemek amacıyla, her bir diblok kopolimer için; tek diblok zinciri, paralel ve paralel olmayan iki diblok zinciri olarak üç farklı konfigürasyonda moleküler dinamik simülasyonları uygulanmıştır. Polimerlerin morfolojik özellikleri farklı zincirlerin karışabilirliklerine bağlı olarak mezo boyutta simülasyonlar kullanılarak çalışılmıştır. Büyük sistemler için, bu kopolimerlerin, tekrarlanan birimlerin ya da en küçük temsili birimin Flory-Huggins etkileşim parametresi (χ) ile birbirini etki eden küresel taneler olarak modellendiği DPD (Dissipative Particle Dynamics) metodu ile çalışılmıştır. Kısa kooligomerler üstüne YFT hesaplamaları, konjuge olmayan kısmın iletkenlik üstünde önemli bir etkisi olmadığını göstermiştir. Konjuge olmayan kısımların katlanma eğilimlerinin ve polipirol zincirlerindeki π bulutlarının zincirler arasındaki güçlü etkileşimlerinden dolayı π kümelenmesi yardımıyla kopolimerlerin konfigürasyonunu ve polipirolün lineereliğini değiştirdiği moleküler dinamik simülasyonlarından elde edilen sonuçlardır. DPD simülasyonları ile ise belirli oranlarda polimetilmetakrilat (PMMA) ve polistiren (PSt) diblok kopolimerlerinin polipirol ile ince tabakalı yapılar oluşturduğu görülmüştür. PMMA in termoplastik özelliğinden ve bazı özel kompozisyonlarda ince tabakalı morfoloji göstermeleri nedeniyle, PPy-b-PMMA diblok kopolimeri ince film uygulmarı için umut verici bir malzeme olarak görünür ve işlenebilirliği kompozisyonları ile kontrol edilebilir.

In this study, the geometries of short cooligomers are optimized by using DFT (Density Functional Theory) for investigating the effect of non-conjugated segments of PPy diblock cooligomers on the conducting PPy segments. In order to model the polymer chain packing and orientation, for each diblock copolymers, MD simulations were performed in three different configuration as single diblock chain, paralel and anti-parallel diblock two . Morphological properties of polymers were studied to depend on the miscibility of the chains in mesoscale simulations. For large scale, they were estimated by employing the DPD (Dissipative Particle Dynamics) method in which the repeating units or the smallest representative units of a polymers is modeled as spherical beads interacting via FH interaction parameter (χ). DFT calculations of short cooligomers showed that non-conjugated segments have no effect on the conductivity. Bu using molecular dynamic simulations, it was obtained that coiling tendency of non-conjugated segments and π-stacking due to the strong inter-chain interactions of the π-clouds effect the configuration of the copolymers and linearity of PPy. For certain compositions, lamellar morphology formed by poly methy(methacrylate) (PMMA) and polystryene (PSt) diblock copolymers with PPy was observed in DPD simulations. Due to the termoplastic property of PMMA, and the lamellar morphology they showed at some specific compositions, PPy-b-PMMA diblock copolymer seems a very promising material for the thin film applications. Its processability and the morphology can be controlled by the composition.