Neste trabalho investigamos o transporte eletrônico em dispositivos com estrutura ITO(óxido de estanho dopado com índio)/TiO2(dióxido de titânio)/RRP3HT(poli(3-hexiltiofeno)-regiorregular)/Al através de medidas de resposta espectral de fotocorrente, iluminando os dispositivos ora pelo eletrodo de ITO ora pelo de alumínio. O polímero RRP3HT é um politiofeno regiorregular e exibe uma atividade fotovoltaica relativamente alta. Os filmes de TiO2 e RRP3HT foram obtidos por spin-coating, sendo o óxido depositado a partir de uma dispersão coloidal de nanopartículas e o polímero a partir de uma solução de clorofórmio. O eletrodo de Al foi evaporado termicamente sobre o filme de polímero. As medidas de fotocorrente foram realizadas com o uso de uma lâmpada de Xe de 450W e de um monocromador e, depois de diversas medidas tendo a temperatura e a voltagem aplicada como parâmetros, obtivemos uma grande quantidade de importantes dados elétricos sobre os dispositivos. Dependendo das condições experimentais observamos diferentes respostas de fotocorrente: simbática ou antibática. Um modelo baseado em mecanismos de recombinação e na fotogeração de cargas, incluindo o perfil de absorção do RRP3HT, permitiu a obtenção de parâmetros elétricos importante em aplicações desse polímero a dispositivos fotodetectores e células solares. / In this work we investigated electronic transport phenomena in an ITO/TiO2/RRP3HT/Al structure using photoconductivity spectral response when devices were illuminated either by the ITO electrode or by the aluminum. RRP3HT is the regioregular poly(3-hexylthiophene), a polymer that exhibits a relatively strong photovoltaic activity. RRP3HT were dissolved in a solution of chloroform and nanoparticles of TiO2 were used in a colloidal dispersion. Both thin films of TiO2 and P3HT were deposited by spin coating technique over a commercial glass covered with ITO, and Al electrode was vacuum evaporated. Photoconductivity measurements were carried out making use of a Xenon lamp of 450 W and a monochromator to produce a single spectral line. After several measurements, having temperature and constant applied voltage as parameters, we obtained a great amount of important electrical data for the devices. Depending on the experimental conditions we obtained different photocurrent response, i. e. symbatic or antibatic. A model based on recombination mechanisms and photogenerated charges, including the absorption profile of the RRP3HT, allowed us to get some electrical parameters that are important for photovoltaic and photoconductive applications.

Neste trabalho investigamos o transporte eletrônico em dispositivos com estrutura ITO(óxido de estanho dopado com índio)/TiO2(dióxido de titânio)/RRP3HT(poli(3-hexiltiofeno)-regiorregular)/Al através de medidas de resposta espectral de fotocorrente, iluminando os dispositivos ora pelo eletrodo de ITO ora pelo de alumínio. O polímero RRP3HT é um politiofeno regiorregular e exibe uma atividade fotovoltaica relativamente alta. Os filmes de TiO2 e RRP3HT foram obtidos por spin-coating, sendo o óxido depositado a partir de uma dispersão coloidal de nanopartículas e o polímero a partir de uma solução de clorofórmio. O eletrodo de Al foi evaporado termicamente sobre o filme de polímero. As medidas de fotocorrente foram realizadas com o uso de uma lâmpada de Xe de 450W e de um monocromador e, depois de diversas medidas tendo a temperatura e a voltagem aplicada como parâmetros, obtivemos uma grande quantidade de importantes dados elétricos sobre os dispositivos. Dependendo das condições experimentais observamos diferentes respostas de fotocorrente: simbática ou antibática. Um modelo baseado em mecanismos de recombinação e na fotogeração de cargas, incluindo o perfil de absorção do RRP3HT, permitiu a obtenção de parâmetros elétricos importante em aplicações desse polímero a dispositivos fotodetectores e células solares. / In this work we investigated electronic transport phenomena in an ITO/TiO2/RRP3HT/Al structure using photoconductivity spectral response when devices were illuminated either by the ITO electrode or by the aluminum. RRP3HT is the regioregular poly(3-hexylthiophene), a polymer that exhibits a relatively strong photovoltaic activity. RRP3HT were dissolved in a solution of chloroform and nanoparticles of TiO2 were used in a colloidal dispersion. Both thin films of TiO2 and P3HT were deposited by spin coating technique over a commercial glass covered with ITO, and Al electrode was vacuum evaporated. Photoconductivity measurements were carried out making use of a Xenon lamp of 450 W and a monochromator to produce a single spectral line. After several measurements, having temperature and constant applied voltage as parameters, we obtained a great amount of important electrical data for the devices. Depending on the experimental conditions we obtained different photocurrent response, i. e. symbatic or antibatic. A model based on recombination mechanisms and photogenerated charges, including the absorption profile of the RRP3HT, allowed us to get some electrical parameters that are important for photovoltaic and photoconductive applications.

Este trabalho foi dividido em duas partes, sendo que na primeira (PARTE A) estão apresentadas as sínteses dos polímeros PPV, Cl-PPV, Br-PPV e dos co-polímeros (Cl-PPV)m / (PPV)n e (Br-PPV)m / (PPV)n nas seguintes relações m:n de 30:70; 50:50 e 70:30. Estes polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, UV-Visível e emissão de fluorescência. As modificações causadas nos polímeros, devido a dopagem com vapor de iodo e solução de cloreto férrico 0,12M em nitrometano também foram estudadas por estas mesmas técnicas. O acompanhamento da dopagem do PPV com vapor de iodo permitiu fazer a atribuição das bandas polarônicas e bipolarônicas por espectroscopia óptica. Também foram feitas medidas de voltametria cíclica que permitiram avaliar parâmetros eletrônicos importantes destes polímeros, tais como a Afinidade Eletrônica (HOMO), Potencial de Ionização (LUMO) e o GAP que é a diferença entre esses dois níveis de energia. Os co-polímeros apresentaram valores de energia do GAP menores que o PPV e níveis de energia de HOMO e de LUMO que podem ser apropriados para a utilização destes materiais em dispositivos eletroluminescentes (LED). Na PARTE B está apresentada a síntese de um composto inédito o 4- (2-fenoxi-p-xileno)-N-metil-1,8-naftalimida aqui chamado de NPOX. A caracterização do NPOX foi feita por espectroscopia de ressonância magnética v nuclear de próton (RMN 1H), espectrometria de massas (CG/MS), UV-Vis e Emissão de Fluorescência. O NPOX é solúvel em clorofórmio, que quando evaporado promove a formação de um filme transparente. Este filme tem emissão de fluorescência em 456 nm sendo excitado em 363 nm O filme também apresentou um comportamento semelhante a dos diodos demonstrado pela medida elétrica de corrente versus potencial (curva I x V). Estas propriedades abrem a possibilidade da utilização do NPOX como camada ativa, com emissão no azul, em OLED (Dispositivos Eletroluminescentes Orgânicos). / This work was separated in two parts, in the first, called PART A, the synthesis of the polymers PPV, Cl-PPV, Br-PPV and of the co-polymers (Cl-PPV)m / (PPV)n and (Br-PPV)m / (PPV)n in the following relationships m:n of 30:70; 50:50 and 70:30 are presented. These polymers were characterized by infrared spectroscopy, UVvisible and fluorescence emission. The modifications caused in the polymers due to the doping with iodine vapor and 0,12M ferric chloride in nitrometano solution were studied also by these same techniques. The doping of PPV with iodine vapor have been monitored by optical spectroscopy allowing us to do the attribution of the polaronic and bipolaronic bands. Measurements of cyclic voltametry revealed important electric properties of these polymers, such as the Electronic Affinity (HOMO), Ionization Potential (LUMO) and \" GAP \" that is the difference between those two energy levels. The co-polymers presented smaller values of GAP than PPV and HOMO and of LUMO energy levels that can be appropriate to the use these materials in Light-Emitting Devices (LED). In PARTE B, the synthesis of an unpublished compound is presented, the 4-(2-fenoxi-p-xileno)-N-methyl-1,8-naftalimida, here called as NPOX. The characterization of NPOX was made by of nuclear magnetic resonance of proton vii spectroscopy (1H NMR), Gas Cromatography/ Mass Spectrometry (GC/MS), UVVisible and Fluorescence Emission spectroscopy. NPOX is soluble in chloroform that when evaporated it promotes in a transparent film formation. This film has fluorescence emission in 456 nm when excited in 363 nm. The film also showed a similar behavior as diodes that was demonstrated by the electric measurement of current versus potential (I x V curve). These properties open the possibility of the use of NPOX as activate layer, with emission in the blue region, in OLED (Organic Light- Emitting Devices).

O objetivo do presente trabalho foi o estudo e analises de processos de transferência de energia e transferência de elétrons em dispositivos moleculares. Para tal fim foi utilizado o polímero de poliestireno (PS) como matriz hospedeira das moléculas tendo sido verificado que este material apresenta uma característica de um excelente isolante mostrando-se adequado para a fabricação de dispositivos moleculares do tipo elétrico e óptico. Os dispositivos moleculares ópticos e elétricos foram obtidos pela técnica de \"spin coating\" a partir de soluções contendo o polímero de PS e as moléculas de Alq3 e Rh590 em solvente orgânico, mostrando que esta técnica permite a obtenção de filmes com espessura de 200nm e rugosidade com RMS da ordem de 2nm. Foi verificado que filmes de PS contendo moléculas de Alq3 e Rh590 podem ser utilizadas como dispositivos de transferência de energia e que a eficiência de transferência depende da sobreposição da banda de emissão do Alq3, banda de absorção da Rh590 e a concentração relativa das moléculas; tendo sido obtido dispositivos com ate 86 % de eficiência de transferência. Foi verificado que os dispositivos de ITO/PS:Alq3/Al e ITO/PS:Alq3:Rh590/Al apresentam mecanismos de transporte do tipo de transporte limitado por cargas armadilhadas nos níveis de defeito situadas na região da banda proibida entre o HOMO e LUMO das moléculas de Alq3 e Rh590. Os dispositivos elétricos de ITO/PS:Alq3/Al mostraram a existência de efeito memória que foram atribuídos a mudanças nos estados de ocupação de níveis altamente localizados (armadilhas) e à existência de nano- partículas metálicas no interior do filme de PS:Alq3 promovendo a transferência de elétrons por efeitos de tunelamento ressonante. Os resultados obtidos no presente trabalho em relação aos mecanismos de transferência de energia e eletrônica apresentam-se promissores para futuras aplicações em dispositivos moleculares como memórias moleculares, chaves moleculares, dispositivos de emissão (OLEDs). / The aim of the present work was to study and analyses the energy and electron transfer process in molecular devices. The molecular devices were fabricated by using the polystyrene polymer because this material, as it was verified in this work, showed a good insulator features. The optical and electrical molecular devices were fabricated by using the spin-coating techniques from the PS, Alq3 and Rh520 solution in organic solvent. The thin film obtained by this technique showed a 200 nm of thickness and 2 nm RMS of roughness, that it is a good parameter values in order to obtain a molecular devices. The thin film of PS with Alq3 and Rh520 as host molecules acts as a good energy transfer device yielding the transfer efficiency of 86%. The transfer efficiency showed dependence on relative concentration of molecules in the PS film and in the good emission an absorption spectra overlapping of molecules. The molecular device of type ITO/PS:Alq3/Al and ITO/PS:Alq3:Rh520/Al used as molecular device of electrical type showed that the electrons transfer mechanism is limited by charge trapped in the localized level between HOMO and LUMO levels of the molecules. The devices of the type ITO/PS:Alq3/Al showed additionally a memory and negative resistance features that it was attributed to the change in the charge trapped levels due to device polarization and to the existence of Al nano particles into the PS film. The results obtained in this work showed high cientific and technological relevance in order to project and fabricate the molecular devices.

Este trabalho foi dividido em duas partes, sendo que na primeira (PARTE A) estão apresentadas as sínteses dos polímeros PPV, Cl-PPV, Br-PPV e dos co-polímeros (Cl-PPV)m / (PPV)n e (Br-PPV)m / (PPV)n nas seguintes relações m:n de 30:70; 50:50 e 70:30. Estes polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, UV-Visível e emissão de fluorescência. As modificações causadas nos polímeros, devido a dopagem com vapor de iodo e solução de cloreto férrico 0,12M em nitrometano também foram estudadas por estas mesmas técnicas. O acompanhamento da dopagem do PPV com vapor de iodo permitiu fazer a atribuição das bandas polarônicas e bipolarônicas por espectroscopia óptica. Também foram feitas medidas de voltametria cíclica que permitiram avaliar parâmetros eletrônicos importantes destes polímeros, tais como a Afinidade Eletrônica (HOMO), Potencial de Ionização (LUMO) e o GAP que é a diferença entre esses dois níveis de energia. Os co-polímeros apresentaram valores de energia do GAP menores que o PPV e níveis de energia de HOMO e de LUMO que podem ser apropriados para a utilização destes materiais em dispositivos eletroluminescentes (LED). Na PARTE B está apresentada a síntese de um composto inédito o 4- (2-fenoxi-p-xileno)-N-metil-1,8-naftalimida aqui chamado de NPOX. A caracterização do NPOX foi feita por espectroscopia de ressonância magnética v nuclear de próton (RMN 1H), espectrometria de massas (CG/MS), UV-Vis e Emissão de Fluorescência. O NPOX é solúvel em clorofórmio, que quando evaporado promove a formação de um filme transparente. Este filme tem emissão de fluorescência em 456 nm sendo excitado em 363 nm O filme também apresentou um comportamento semelhante a dos diodos demonstrado pela medida elétrica de corrente versus potencial (curva I x V). Estas propriedades abrem a possibilidade da utilização do NPOX como camada ativa, com emissão no azul, em OLED (Dispositivos Eletroluminescentes Orgânicos). / This work was separated in two parts, in the first, called PART A, the synthesis of the polymers PPV, Cl-PPV, Br-PPV and of the co-polymers (Cl-PPV)m / (PPV)n and (Br-PPV)m / (PPV)n in the following relationships m:n of 30:70; 50:50 and 70:30 are presented. These polymers were characterized by infrared spectroscopy, UVvisible and fluorescence emission. The modifications caused in the polymers due to the doping with iodine vapor and 0,12M ferric chloride in nitrometano solution were studied also by these same techniques. The doping of PPV with iodine vapor have been monitored by optical spectroscopy allowing us to do the attribution of the polaronic and bipolaronic bands. Measurements of cyclic voltametry revealed important electric properties of these polymers, such as the Electronic Affinity (HOMO), Ionization Potential (LUMO) and \" GAP \" that is the difference between those two energy levels. The co-polymers presented smaller values of GAP than PPV and HOMO and of LUMO energy levels that can be appropriate to the use these materials in Light-Emitting Devices (LED). In PARTE B, the synthesis of an unpublished compound is presented, the 4-(2-fenoxi-p-xileno)-N-methyl-1,8-naftalimida, here called as NPOX. The characterization of NPOX was made by of nuclear magnetic resonance of proton vii spectroscopy (1H NMR), Gas Cromatography/ Mass Spectrometry (GC/MS), UVVisible and Fluorescence Emission spectroscopy. NPOX is soluble in chloroform that when evaporated it promotes in a transparent film formation. This film has fluorescence emission in 456 nm when excited in 363 nm. The film also showed a similar behavior as diodes that was demonstrated by the electric measurement of current versus potential (I x V curve). These properties open the possibility of the use of NPOX as activate layer, with emission in the blue region, in OLED (Organic Light- Emitting Devices).

O objetivo do presente trabalho foi o estudo e analises de processos de transferência de energia e transferência de elétrons em dispositivos moleculares. Para tal fim foi utilizado o polímero de poliestireno (PS) como matriz hospedeira das moléculas tendo sido verificado que este material apresenta uma característica de um excelente isolante mostrando-se adequado para a fabricação de dispositivos moleculares do tipo elétrico e óptico. Os dispositivos moleculares ópticos e elétricos foram obtidos pela técnica de \"spin coating\" a partir de soluções contendo o polímero de PS e as moléculas de Alq3 e Rh590 em solvente orgânico, mostrando que esta técnica permite a obtenção de filmes com espessura de 200nm e rugosidade com RMS da ordem de 2nm. Foi verificado que filmes de PS contendo moléculas de Alq3 e Rh590 podem ser utilizadas como dispositivos de transferência de energia e que a eficiência de transferência depende da sobreposição da banda de emissão do Alq3, banda de absorção da Rh590 e a concentração relativa das moléculas; tendo sido obtido dispositivos com ate 86 % de eficiência de transferência. Foi verificado que os dispositivos de ITO/PS:Alq3/Al e ITO/PS:Alq3:Rh590/Al apresentam mecanismos de transporte do tipo de transporte limitado por cargas armadilhadas nos níveis de defeito situadas na região da banda proibida entre o HOMO e LUMO das moléculas de Alq3 e Rh590. Os dispositivos elétricos de ITO/PS:Alq3/Al mostraram a existência de efeito memória que foram atribuídos a mudanças nos estados de ocupação de níveis altamente localizados (armadilhas) e à existência de nano- partículas metálicas no interior do filme de PS:Alq3 promovendo a transferência de elétrons por efeitos de tunelamento ressonante. Os resultados obtidos no presente trabalho em relação aos mecanismos de transferência de energia e eletrônica apresentam-se promissores para futuras aplicações em dispositivos moleculares como memórias moleculares, chaves moleculares, dispositivos de emissão (OLEDs). / The aim of the present work was to study and analyses the energy and electron transfer process in molecular devices. The molecular devices were fabricated by using the polystyrene polymer because this material, as it was verified in this work, showed a good insulator features. The optical and electrical molecular devices were fabricated by using the spin-coating techniques from the PS, Alq3 and Rh520 solution in organic solvent. The thin film obtained by this technique showed a 200 nm of thickness and 2 nm RMS of roughness, that it is a good parameter values in order to obtain a molecular devices. The thin film of PS with Alq3 and Rh520 as host molecules acts as a good energy transfer device yielding the transfer efficiency of 86%. The transfer efficiency showed dependence on relative concentration of molecules in the PS film and in the good emission an absorption spectra overlapping of molecules. The molecular device of type ITO/PS:Alq3/Al and ITO/PS:Alq3:Rh520/Al used as molecular device of electrical type showed that the electrons transfer mechanism is limited by charge trapped in the localized level between HOMO and LUMO levels of the molecules. The devices of the type ITO/PS:Alq3/Al showed additionally a memory and negative resistance features that it was attributed to the change in the charge trapped levels due to device polarization and to the existence of Al nano particles into the PS film. The results obtained in this work showed high cientific and technological relevance in order to project and fabricate the molecular devices.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-04T18:58:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoDispositivosEletronicos.pdf: 10630058 bytes, checksum: 2e05a8eb0e80f673c7cbd1c7167b5ded (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:05:00Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T15:35:00Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoDispositivosEletronicos.pdf: 10630058 bytes, checksum: 2e05a8eb0e80f673c7cbd1c7167b5ded (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-14T14:10:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoDispositivosEletronicos.pdf: 10630058 bytes, checksum: 2e05a8eb0e80f673c7cbd1c7167b5ded (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-14T14:10:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoDispositivosEletronicos.pdf: 10630058 bytes, checksum: 2e05a8eb0e80f673c7cbd1c7167b5ded (MD5) Previous issue date: 2011-02-14 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesse trabalho foram desenvolvidos vários dispositivos orgânicos nano e micro-estruturados baseados em moléculas de 4-dimetil amino azobenzeno-2-carboxílico (Vermelho de metila - VM), Fulureno C 60(subscrito), nanocompósitos de Aluminio/Nanotubos de Carbono (AL/NC) e os polímeros: Poli(3, 4-etileno dioxitiofeno)-poly(stireno sulfonato) - PEDOT-PSS e Poli (3-hexiltiofeno) - P3HT. Estes dispositivos são: Memória volátil, sensores de vapor de combustível, sensor termo-piezoresistivo e fotocélulas, que foram manufaturados por meio de centrifugação, gotejamento e deposição química de vapor, onde resultaram em dispositivos com geometria planar ou camada por camada. Foram realizadas caracterizações morfológicas, óticas, elétricas e térmicas nos dispositivos, que resultaram em: (a) memória volátil com um tempo de retenção do bit de 4,5 s, curvas características de corrente vs tensão com razões de pico-vale de 8:1 sob tensão elétrica positiva e 1:1 sob tensão elétrica negativa com condutividades de 10- 4(sobrescrito) S/m (estado OFF) para 10-³ S/m (estado ON) à temperatura ambiente; (b) sensores de vapor combustível com características de resistores químicos com sensibilidade para etanol e gasolina comrcial sobre concentrações de 26,25 ppm; (c) sensor termo-piezoresistivo com relação polinomial entre temperatura e resistência elétrica, relação linear entre pressão e resistência elétrica com precisão maior do que um termopar do tipo K quando comparados a um termômetro de mercúrio à temperatura ambiente; (d) fotocélulas com melhor desempenho quando dopadas por vermelho de Metila com eficiências quânticas acima de 0,04%, potência real de 0,27 e eficiência na conversão de potência de 2,0%. Esses resultados indicam que os dispositovos eletrônicos desenvolvidos apresentaram um bom desempenho quando alguns dos seus parâmetros foram comparados aos similares orgânicos. / In this work, several nano and microstructured organic devices were developed based on molecules of 4-dimethyl amino azobenzene-2-carboxylic acid (Methyl Red – VM), C60 Fullerene, nanocomposite of Aluminum/Carbon Nanotubes (Al/NC) and polymers: Poly(3, 4- dioxithiophene ethylene)-poly(sulfonate stireno) – PEDOT-PSS and poly(3-hexiltiofeno) – P3HT. These devices are volatile memory, fuel sensors, thermal-piezoresisitive sensor and photocells, which were manufactured by spin-coating, drop casting and chemical vapor deposition, resulting in devices with planar or layer by layer geometry. Morphological, optical, electrical and thermal characterizations were performed on devices, resulting: (a) volatile memory with a bit retention time of 4.5 s, the characteristic curves of current vs. voltage with peak-valley ratios of 8: under a 10:1 voltage positive and negative electrical energized with electrical conductivity of 10-4 S / m (OFF state) to 3.10 S / m (ON) at room temperature, (b) fuel sensors like chemiresistor sensors characteristics with sensitivity to ethanol and gasohol in concentrations of 26.25 ppm, (c) thermal-piezoresistive sensor with polynomial relationship between temperature and electrical resistance, linear relationship between pressure and electrical resistance, more accurate than a K type thermocouple when compared to a mercury thermometer at room temperature, (d) photocells with better performance when doped by Methyl Red showed quantum efficiencies up to 0.04%, real power at 0.27 and power conversion efficiency of 2.0%. These results indicate that electronic devices developed showed a better performance in comparison to similar organics.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-02T18:33:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:02:52Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T15:32:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T16:49:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T16:49:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) Previous issue date: 2008-07-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Para melhor entendermos o processo de miniaturização e o comportamento de estruturas moleculares sob este efeito, recorremos aos cálculos baseado em Mecânica Quântica (MQ) com a finalidade de corroborar dados teóricos e experimentais como propriedades de estrutura eletrônica bem como propriedades elétricas. Outro método bastante conhecido e utilizado consiste em simular o efeito soluto-solvente através do método probabilístico Monte Carlo (MC). De posse de ferramentas computacionais voltadas para estas metodologias, desenvolvemos simulações MQ/MC que traduzem o comportamento dos compostos orgânicos Vermelho de Metíla (VM) e 1,4-bis (5-phenyl-2-oxazolyl) benzene (POPOP), quando sofrem mudanças estruturais bem como modificações em suas propriedades ópticas; devido aos processos de miniaturização, variações de ambiente, ações externas, etc. O composto Vermelho de Metila é conhecido como um corante sensível a variação de pH e encontra-se nas formas básico e ácido (isoeletrônico, zwitteriônico) é classificado como um azocomposto pela presença de uma ligação (-N = N-) em sua estrutura. O POPOP é um corante luminescente de intensa fluorescência na região azul do espectro UV-Visível; ressaltamos que para investigarmos os princípios funcionais deste composto propomos estruturas conformacionais derivadas protonadas POPOP [C1(NP+P) e C2(NP+P)]. Inicialmente todas as estruturas dos compostos orgânicos de VM e POPOP foram otimizadas através dos métodos quânticos: semiempíricos PM3 (Parametric Method 3) e ab initio, HF (Hartree-Fock) e DFT (Density Functional Theory), obtendo-se os parâmetros geométricos e as conformações de menor energia de cada sistema, para o estudo da estrutura eletrônica. Seqüencialmente, duas etapas distintas de simulação foram empregadas para o estudo dos compostos: 1ª) as estruturas de VM e POPOP foram otimizadas através do método PM3 com adicional Campo Elétrico Externo (CEE), obtendo-se os parâmetros geométricos e parâmetros de carga. Utilizamos este método com a finalidade de simular as propriedades de transporte eletrônico nos compostos orgânicos, como a resposta elétrica caracterizada pela curva do transporte de carga (e-) em função da variação da intensidade de tensão (V) nas estruturas. Mediante a resposta elétrica [(e-) × V] caracterizamos esta função empregá-los em dispositivos nanoestruturados, como diodos, fotodiodos, células solares, etc. A 2ª etapa consiste em simular os compostos orgânicos através do método Monte Carlo, para investigarmos os seus comportamentos em líquido. Os sistemas distintamente consistem na adição de VM (básico, ácido: isoeletrônico e zwitteriônico) e POPOP [C1(NP+P) e C2(NP+P)] em 1000 moléculas de água para analisar a interação soluto-solvente para desenvolvimento de sistemas interagentes optoeletrônicos como sensores de gás. Na simulação MC foi realizado 1× 1010 passos MC para ambos os estágios de termalização e equilíbrio, no ensemble NVT. Gerando um conjunto de 105 configurações, a partir destas selecionamos um conjunto reduzido de 103 configurações descorrelacionadas das quais obtemos a média de convergência das transições eletrônicas π→π*. A média de convergência das transições eletrônicas π→π* para VM: básico 434.33 nm ± 1.0 [436.34 ± 2.0 nm], isoeletrônico 485.80 nm ± 2.0 nm [480.66 nm ± 3.0 nm], e zwitteriônico [502.13 nm ± 3.0 nm]; para POPOP C1 [361.25 nm ± 2.0 nm], C1(NP+P) [485.0 ± 26.0 nm], C2 [355.39 nm ± 3.0 nm] e C2(NP+P) [472.0 ± 24.0 nm]. As médias das transições eletrônicas π→π* foram obtidas através do método semiempírico ZINDO/S-CIS (Zerner Intermediate Neglect of Diffential Orbital/ Spectroscopic – Configurations Interaction, Single excitation) que melhor traduz os parâmetros espectroscópicos de moléculas orgânicas na região do UV-visível. Experimentalmente desenvolvemos dois tipos distintos de sistemas através das técnicas: Sol-Gel que consiste na incorporação dos compostos em matrizes hospedeiras de APP (Aluminum Polyphosphate), e Blendas que consiste na fabricação de dispositivos de volume com monocamada ativa. Os compostos VM e POPOP foram diluídos em solução híbrida (10% etanol + 90% água), alíquotas destas soluções foram incorporadas na síntese do gel APP. As amostras obtidas pelo processo Sol-Gel foram submetidas à variação pH e caracterizadas por espectroscopia de absorção na região UV-Visível cujas bandas de máxima absorção são de [431 nm, 513 nm, 511 nm] para VM e [358 nm, 511 nm e 472 nm] para POPOP e valores de [355 nm, 361 nm] para POPOP em solução, que corroboram os resultados teóricos a partir das médias das transições eletrônicas π→π*. Os dispositivos de monocamadas de VM e POPOP foram fabricados por filmes finos sobrepostos em substrato vítreo/FTO (1º eletrodo) /PEDOT/P3HT/camada ativa - Alumínio (2º eletrodo) e caracterizados eletricamente por densidade de carga em função da tensão aplicada (J×V), sob corrente de escuro e luz monocromática de 550 nm. Os dispositivos de VM apresentam curva (J×V) característica de um retificador de junção p-n de maior sinal de corrente elétrica sob polarização reversa para corrente de escuro, sendo este sinal intensificado sob luz 550 nm; sob polarização direta o dispositivo apresenta o mesmo comportamento quanto ao sinal de corrente, este é intensificado quando medido sobre luz monocromática (550 nm) em comparação a corrente de escuro, porém sob polarização reversa e polarização direta o dispositivo apresenta curva característica J×V análogo a fotodetector e diodo túnel convencionais. Para POPOP observa-se intensificação do sinal de corrente elétrica sob polarização direta e reversa quando os dispositivos estão expostos sob luz monocromática em comparação com medidas feitas sob corrente de escuro, de modo que a curva característica (J×V) tem comportamento de similar a fotodiodos convencionais. Os resultados teórico-experimentais das propriedades elétricas (J×V) dos compostos apresentaram comportamentos similares na faixa de voltagem de aproximadamente [– 2.0 V – 2.97 V] para VM e [-2.86 V – 2.86V] para POPOP. Desenvolvemos um estudo completar com polímeros de baixo bandgap (gap 1 eV) baseados em pontes de monômeros compostos por carbono, formando cadeias poliméricas foram investigados pelos métodos AM1 (Austin Model 1), PM3 e DFT [B3LYP/6-31G] e corroborados aos resultados dos oligômeros de CDM (4-dicyano methyllene-4H-cyclopenta [2,1- 3: 4-b’] dithiophene) e BDT (1,3-benzodithiole-4H-cyclopenta [2,1-b:3,4-b’] dithiophene), derivados do di-tiofeno. Os resultados mostram que o crescimento da cadeia polimérica formada pelos monômeros de CDM e BDT provoca a redução do bandgap dos oligômeros, comportamento análogo aos polímeros baseados em (3-alkylthiophenes) cuja energia da transição eletrônica π→π* é de 1.67 eV, a máxima absorção do CDM e BDT são de 1.28 eV e 1.73 eV, respectivamente. Os métodos teóricos utilizados neste estudo descrevem satisfatoriamente este comportamento, cuja máxima absorção é de aproximadamente 1.28 eV para CDM e 1.74 eV para BDT estes resultados foram obtidos a partir das cadeias poliméricas formadas por 5 unidades monoméricas, demonstrando que as conformações geométricas das cadeias poliméricas simuladas são equiprováveis, comprovando a confiabilidade dos métodos utilizados em nossa investigação. Em linhas gerais os resultados apresentados demonstram que os compostos orgânicos investigados são bons candidatos para emprego em dispositivos orgânicos nanoestruturados aplicados na eletrônica molecular e tecnologia de novos materiais. / To better understand the process of miniaturization and the behavior of molecular structures under this effect we appeal to the calculations based in Quantum Mechanics (QM) with the purpose to corroborate theoretical and experimental data as electronic structure as well as electric properties. Another method sufficiently known consists simulate solute-solvent effect through the probabilistic Monte Carlo (MC) method. Of ownership of these computational tools we develop simulations QM/MC that translate the behavior of organic composites Methyl Red (MR) and 1,4-bis (5-phenyl-2-oxazolyl) benzene (POPOP), when suffer structural changes, modification in the optic answers, etc., due miniaturization processes, environment variations, external actions. The Methyl Red composite is known as a sensible dye of pH variation and meets in the basic and acid (isoeletrônico, zwitteriônico) forms is classified as azo-composite for the presence of (– N = N –) bonding in its structure. The POPOP is a luminescent dye of intense fluorescence in the blue region of the UV-Visible spectrum; we stand out that to investigate the functional and mannering principles of this structure we consider two conformational structures protonated derivatives of POPOP: C1 (N+) and C2 (N+). Initially all organic composites structures of MR and POPOP had been optimized through of the quantum methods: semiempirical PM3 (Parametric Method 3) and ab initio HF (Hartree-Fock) and DFT (Density Functional Theory), getting the geometric parameters and the conformations of lowest energy of each system, for the study of the electronic structure. Sequentially, two distinct stages of simulation had been used for the study of composites: 1st) The MR and POPOP structures had been optimized through the method PM3 + External Electric Field (the EEC), getting the geometric parameters and charge parameters. We use this method with the purpose to simulate the electronic transport properties of organic composites as the electric reply characterized by the charge transport (e) curve in function of the variation of the tension (V) in the structures. By means of the electric reply [(e) × V] we characterize this function to use them in nanostructured devices, as photodiodes, photodetector, solar cells, etc. The 2nd stage consists of simulate organic composites through the Monte Carlo method, to investigate its behaviors in liquid. The systems distinct consist of the addition of VM (basic, acid: isoelectronic and zwitterionic) and POPOP [C1 (N+) and C2 (N+)] in 1000 water molecules to analyze the solute-solvent interactions for development of interchange systems optoelectronic systems as sensory. In MC simulation had been carried 1×1010 steps MC for both thermalization and equilibrium stages in NVT ensemble. Generate a set of 105 configurations, from these we select a set reduced of 103 descorrelantion configurations of which we obtain the convergence average of the electronic transitions π→π*. The convergence average of the electronic transitions π→π* for MR: basic s of 434.33 ± 1,0 [436,34 ± 2,0 nm], isoelectronic 485,80 nm ± 2,0 nm [480,66 nm ± 3,0 nm], and zwitterionic [502.13 nm ± 3.0 nm]; for POPOP C1 [361,25 nm ± 2,0 nm], C1(NP+P) [485.0 ± 26.0 nm], C2 [355,39 nm ± 3,0 nm] and C2(NP+P) [472.0 ± 24.0 nm]. The averages of the electronic transitions π→π* had been obtained through semiempirical ZINDO/S-CIS (Zerner Intermediate Neglect of Orbital Diffential Spectroscopic - Configurations Interaction, Single excitation) method that better translates the spectroscopic parameters of the organic molecules in the UV-visible region. Experimentally we develop two distinct types of systems through of the techniques: Sol-Gel that consists in the incorporation of composites in host matrix of APP (Aluminum Polyphosphate), and Blendes that consist in the manufacture of volume devices within active monolayer. The MR and POPOP composites had been diluted in hybrid solution (10% etanol + 90% water), aliquots of these solutions had been incorporated in the synthesis of APP/Gel. The samples obtain for the Sol-Gel process had been submitted to the variation pH and characterized by spectroscopy of absorption in the UV-Visible region, whose bands of maximum absorption are of [431 nm, 513 nm, 511 nm] for MR and [358 nm, 511 nm and 472 nm] for POPOP and values of [355 nm, 361 nm] for POPOP in solution, that corroborate the theoretical results from the averages of the electronic transitions π→π*. The monolayer devices of MR and POPOP had been manufactured by overlapped of thin films in vitreous substrate/FTO (1st electrode)/PEDOT/P3HT/ active monolayer -Aluminum (2nd electrode) and characterized electrically for charge density (J) in function of applied voltage (V), under dark current and under 550 nm monochromatic light. The MR devices present curve (J×V) characteristic of a rectifier junction p-n of higher electric current signal under reverse polarization for dark current, being this signal intensified under light 550 nm; under forward bias the device presents the same behavior how much to the current signal, this is intensified when measured on monochromatic light (550 nm) in comparison with dark current, however under reverse polarization and forward bias the device presents curve characteristic (J×V) analogous of the conventional photodetector and diode tunnel. For POPOP intensification of the electric chain signal is observed under forward bias and reverses when the devices are under monochromatic light in comparison with measures made under dark current, in way that the characteristic curve (J×V) has similar behavior of the conventional photodiodes. The theoretical-experimental results of the electric (J×V) properties of composites had presented similar behaviors in the voltage range [- 2.0 V – 2.97 V] for MR and [- 2.86 V - 2.86V] for POPOP. We development a complete study with polymers of low bandgap (gap 1 eV) based in monomers bridges composition for carbon forming polymeric chains had been investigated by the methods AM1 (Austin Model 1), PM3 and DFT [B3LYP/6-31G] to corroborated the results of the oligomers of CDM (4-dicyano methyllene-4H-cyclopente [2.1 - 3: 4-b'] dithiophene) and BDT (1,3-benzodithiole-4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b'] dithiophene), derived from the ditiophene. The results show that the growth of the polymeric chain formed by monomers of CDM and BDT provokes the reduction bandgap of the oligomers, analogous behavior to the polymers based on (3-alkylthiophenes) whose electronic transition π→π* energy is of 1.67 eV, the maximum absorption of the CDM and BDT are of 1.28 eV and 1,73 eV, respectively The theoretical methods used in this study to describe satisfactorily this behavior, whose maximum absorption is of approximately 1,28 eV for CDM and 1,74 eV for BDT, these results had been obtain from the polymeric chains formed by 5 monomers units, demonstrating that the geometric conformations of the polymeric chains simulated are equiprobability, proving the trustworthiness of the methods used in our investigation. In general lines, the results presents to demonstrate that the organic composites investigated are good candidates for employ in nanostructured organic devices applied in the molecular electronics and new technology of materials.

Neste trabalho foram projetados, fabricados e caracterizados funcionalmente dispositivos eletroluminescentes empregando complexos de Terras Raras (TR) e de Metais de Transição (MT) tanto como em filmes finos termicamente evaporados quanto formados através da técnica de spin-coating. O estudo foi iniciado com os complexos de TRs (especificamente o complexo de Európio e de Térbio) com filmes termicamente evaporados, com vistas à análise da eficiência externa dos dispositivos em função do ligante principal (CL). Desta análise observou-se que a particular estrutura química do CL resulta em diferenças perceptíveis ao nível da caracterização eletro-óptica (de 0,73x10-3 [BTA] para 1,05x10-3 [DBM]). Dando seqüência à análise de dispositivo com camada emissiva termicamente evaporada, foi realizada a análise do complexo de Térbio com dois tipos de ligante neutro (NL). Com base nos resultados obtidos, neste foco do estudo, observou-se que a configuração estrutural do NL implica em diferenças na eficiência externa (de 0,8x10-3 [PHEN] para 4,1x10- 3 [BIPY]) e no comprimento de onda dominante emitido (de 542 nm [BIPY] para 563 [PHEN]). Ainda explorando os complexos de TRs, foram estudados dispositivos empregando estes dispersos em um polímero com função de matriz, neste caso o polivinilcarbazol (PVK), em filmes formados por spin-coating, os quais apresentaram maior eficiência (de 0,72x10-3 [evaporado] para 1,24x10-3 [spincoating]) externa em comparação aos termicamente evaporados. Ainda nesta linha de estudo foi explorada uma nova estrutura de dispositivo empregando filmes automontados, cujos resultados apresentaram uma melhor eficiência externa para três bicamadas de PAni/PEDOT:PSS. Na seqüência, foram empregados os complexos de MT, especificamente de Rutênio e de Rênio, em filmes finos formados por spincoating. Com o primeiro destes, foi avaliada a conseqüência da variação do seu ligante, seus processos de transporte de portadores de carga e os fenômenos relacionados com sua luminescência. Já com o segundo, que foi disperso em PVK em diversas concentrações, foi feita a análise da eficiência externa com a mesma idéia adotada com o complexo de Európio, cujo estudo revelou uma eficiente transferência de energia, descrita pelo mecanismo de Transferência de Carga Metal- Ligante (3MLCT). / This work presents the study of the Rare Earth (RE) and Transition Metals (TM) complexes, as emissive layers of Organic Light-Emitting Devices (OLEDs) designed, built and electro-optically characterized. The thin films were thermally evaporated or spin-coated. This research started with the study of Europium complex changing its central ligand (CL), which showed that its electrical response exhibits external efficiency differences (from 0.73x10-3 [BTA] to 1.05x10-3 [DBM]). It was observed that the particular chemical structure of the CL results in significant differences as seen in the electro-optical characterization. Giving continuity to the thermally evaporated device characterization, an analysis was done with the Terbium complexes with two different neutral ligands (NL). It was noticed, in this work, that an NL change in Terbium complex imply in changes in external efficiency (from 0.8x10-3 [PHEN] to 4.1x10-3 [BIPY]) and in the emitted dominant wavelength (from 542 nm [BIPY] to 563 nm [PHEN]). Following the study using RE complex, we used it as a dye dispersed in polyvinylcarbazole (PVK) matrix, in a spin-coated deposited thin-film, which results showed a better external efficiency in comparison with thermally evaporated thin-films (from 0.72x10-3 [thermal evaporation] to 1.24x10-3 [spin-coating]). Besides, it was studied a new structure of electroluminescent device with thin-film Self-Assembled deposition, which results showed a better external efficiency for three bilayers of PAni/PEDOT:PSS. In the sequence, TM complexes, namely Ruthenium and Rhenium, were studied using spincoated thin-films. With the first of them, the implications of different ligands (bipyridyne and phenanthroline) were evaluated aiming the charge carrier transport and the luminescence related phenomena. The Rhenium complex was dispersed as a dye in the PVK, using the same approach as that used to study the Europium complex showing a very efficient energy transfer process, described in literature as the Metal-Ligand Charge Transfer (3MLCT) mechanism.

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Esses dispositivos eletrônicos têm baixa voltagem de operação, fabricação simples e barata, alto desempenho, ligeira independência dos materiais usados como eletrodo ou da espessura de suas camadas emissoras, além de terem a possibilidade de serem fabricados sobre substratos flexíveis. Por essas razões, as LECs têm sido usadas como possíveis substitutas para os já conhecidos OLEDs (Diodos Orgânicos Emissores de Luz), e o estudo de suas propriedades ópticas e elétricas e de seu princípio de funcionamento têm sido foco de trabalho de muitos cientistas. Dentre os modelos conhecidos que propõem descrever o funcionamento das LECs podemos citar três: a Teoria da Difusão, a Teoria da Dopagem Eletroquímica e a Teoria Mista. No primeiro a injeção de portadores na camada ativa seria facilitada pelos compostos iônicos presentes na blenda que a compõe, com posterior movimentação de cargas por difusão e recombinação no centro da camada. No segundo modelo ocorre a formação de três regiões dentro da blenda polimérica: uma região dopada do tipo p, uma região dopada do tipo n e uma camada isolante onde ocorre a recombinação de cargas para emissão de luz. A teoria mista assume que ambas são possíveis dependendo das condições em que se encontra o dispositivo. A fim de compreender como esses processos ocorrem e interferem no desempenho desses dispositivos propusemos diversas experiências alterando parâmetros importantes na sua fabricação. É proposto um modelo para a influência do tipo de cátion e ânion usado no sal presente na camada ativa e para descrever a influência da concentração desse sal na blenda polimérica que a compõe. Com base nas teorias descritas é colocada em evidência a influência da concentração de polímero transportador de íons na camada emissora e da espessura desta camada. Ao fim de todo o estudo obtivemos um dispositivo otimizado que é comparado com um dispositivo feito com um material novo sintetizado por colaboradores do departamento de Química da UFJF a fim de gerar expectativas para futuros trabalhos. / One type of device that has attracted attention in recent years in the field of Organic Electronics are the Light Emitting Electrochemical Cells, better known as LECs (or LEECs) These electronic devices have low operating voltage, simple and inexpensive manufacture, high-performance, light independence of the material used as electrode or the thickness of its emissive layer, besides having the possibility to be manufactured on flexible substrates. For these reasons the LECs have been used as possible substitutes for known OLEDs (Organic Light Emitting Diodes), and the study of their optical and electrical properties, and its operating principle have been working focus of many scientists. Among the known models proposed to describe the operation of LECs we can name three: the Theory of Diffusion, the Theory of Electrochemical Doping, and the Mixed Theory. In the first, injection of carriers in the active layer would be facilitated by the ionic compounds present in the blend that makes up, with subsequent movement of charges by diffusion and recombination in the center of the layer. In the second model happens the formation of three layers within the polymer blend: A p-type doped region, a n-type doped region and an insulating layer where recombination occurs for emitting light. Mixed theory assumes that both are possible depending on the conditions in which the device is. In order to understand how these processes occur and interfere with the performance of these devices we have proposed several experiments changing important parameters in its manufacture. A model is proposed for the influence of the type of cation and anion used in the salt present in the active layer, and to describe the influence of the concentration of this salt in the polymer blend that makes up. Based on the theories described it is put in evidence the influence of the concentration of the ion carrier polymer in the emitter layer and the thickness of this layer. After all the study we obtained an optimized device that is compared with a device made with a new material synthesized by employees from the Chemistry Department of UFJF to generate expectations for future work.