Caracterização fotofísica de polifluorenos e polipirenos e síntese de novas moléculas para o emergente campo da fluorescência por up conversion

Abstract

Resumo: O desenvolvimento de novas tecnologias capazes de apresentarem dados de maneira mais rápida e com maior resolução em dispositivos portáteis é uma das áreas de pesquisa mais prósperas deste século. Atualmente, o mercado de monitores planos movimenta mais de 30 bilhões de dólares por ano. A tecnologia de OLEDs é relativamente nova e promissora. Dispositivos orgânicos apresentam grandes vantagens em comparação aos de cristal líquido; por exemplo baixa voltagem de trabalho, brilho mais intenso e alta taxa de repetição. Os OLEDs são ideais para uso em pequenos mostradores (telefones celulares), bem como em mostradores maiores. Portanto, eles devem ser mais finos, leves e resistentes a manipulação, flexíveis e sua manufatura é bem mais barata do que outros materiais, mas problemas em sua durabilidade e tempo de vida são ainda observados. Os polímeros baseados em fluoreno são os mais promissores materiais poliméricos para a confecção de dispositivos emissores na região do azul. No entanto, a posição C9 é passível de oxidação, formando os grupos fluorenona que deslocam o sinal de emissão para regiões de menores energias e reduzem o tempo de vida dos dispositivos. Desta maneira, o poli(2-7 carbazol) constitui uma promissora classe de emissores azuis, uma vez que o átomo de N na posição 9 é mais estável frente a oxidação. Porém, seu máximo de emissão encontra-se em 417 nm (uma região do espectro visível na qual o olho humano possui baixa sensibilidade), as posições 3 e 6 são passíveis de ataque químico e, os policarbazóis possuem baixa solubilidade. Para contornar essas dificuldades, uma série de novos carbazóis baseados nos polifenilenos escalares foram sintetizados pelo Dr. Mishra, do grupo do Prof. Dr. Muellen, visando a combinação das propriedades fotofísicas dos polifluorenos e da estabilidade frente a oxidação dos carbazóis. Foram estudados polímeros contendo ou não grupos carbazol, visando a determinação do efeito do aumento no comprimento de conjugação sob as propriedades fotofísicas, estes estudos foram conduzidos através da técnica de espectroscopia fluorescente ultra-rápida resolvida no tempo. O segundo capítulo desta Tese trata das propriedades fotofísicas de outro material polimérico emissor no azul, o primeiro polipireno conectado pelas posições 2 e 7 substituído com 4 grupos arila em sua cadeia lateral. Foi realizado o estudo do efeito solvatocrômico e da concentração e a caracterização fotofísica foi executada através da técnica de espectroscopia fluorescente ultra-rápida resolvida no tempo, usando a Câmera de Espalhamento. Como um capítulo especial desta Tese, apresenta-se a síntese e caracterização de novas moléculas orgânicas aplicáveis para o emergente campo da fluorescência por up-conversion através da relação corante-sensitizador para aplicações em em células solares.

Abstract: The development of new technologies capable to present data faster and in a moredetailed way in portable devices, is one of the most prosperous areas of research in thiscentury. Currently, the market for flat monitors puts into motion more than 30 billiondollars per year. The OLEDs technology is relatively new and promising. Organic displayspossess enormous advantages in comparison to the current liquid crystal ones, as forexample low working voltage, intense brightness and high refresh rate (useful in monitors,for example). The OLEDsareideal for use in small sized displays (mobile phones), as wellas in large screens. Moreover, they are thinner, lighter, more resistant to manipulation,flexible, and their manufacture is cheaper than other materials, but problems in theirdurability and lifetime are still remaining. Conjugated polymers are interesting materialsfor application in OLEDs, OFETs, polymerlasers and solar cells.Fluorene based polymers are one of the most promising classes of conjugatedpolymers for the fabrication of blue-emitting devices. Nevertheless, theC9position is veryprone to oxidation, giving rise to fluorenone groups that redshift the emission and decreasethe durability of the devices. In this respect, poly (2,7-carbazo1e) isa promising class ofblue emitters, since the N-atom is more stable to oxidation. On the other hand, their mainemission bandis located at 417 nm, the 3,6 positions are vulnerable to chemical attack, andtheir solubility is low. To address these difficulties,a serie of novel carbazole based stepladder type poly(phenylene)s was done because these materials retain the polyfluoreneproperties, stable to oxidation, and are soluble in common organic solvents.Polyfluorenes with and without carbazole groups were studied, aiming on theevaluation of the chain length effect upon the photophysical properties. Without carbazoleunits, the molecules had1 to5 fluorene units, and 1 to6 units, with carbazole ones. Thecomparison of the photophysical properties of a series of step-ladder polyphenylenes ofdifferent monomer length, with and without carbazole groups, was carried out using theStreak Camera Technique to determine their excited state lifetimes.The photophysical properties of another blue emitting material, the first 2,7-linkedconjugated polypyrene tethering four aryl groups has been done. The study about thesolvatochromic and concentration effect was done and a deep photophysicalcharacterization was done using the Streak Camera technique to determine their excited state lifetimes. As an alternative to maintain the blue emission of this polymer, the use of ablend with polystyrene was done and its lifetime decays have been done.Asa special chapter, the synthesis and characterization of new organic compoundssuitable for the emerging field of noncoherent photoenergy up-conversion beyond dye-sensitizer solar cells was done.xxvistate lifetimes. As an alternative to maintain the blue emission of this polymer, the use of a blend with polystyrene was done and its lifetime decays have been done. As a special chapter, the synthesis and characterization of new organic compounds suitable for the emerging field of noncoherent photoenergy up-conversion beyond dyesensitizer solar cells was done.