O objetivo deste trabalho foi de estudar processos de transporte eletrônico em dispositivos a base de semicondutores orgânicos através de técnicas avançadas, como ressonância magnética detectada eletricamente (RMDE) e espectroscopia de impedância elétrica em corrente alternada. Além destas, medidas de ressonância paramagnética eletrônica (RPE) convencional também foram realizadas de forma a complementar as medidas de RMDE. Os dispositivos e materiais estudados foram: (hole-only e PLED) de MEH-PPV, polianilina e OLED multicamadas de Alq3 e -NPD. A técnica de RMDE mede a variação de condutividade da amostra na condição de ressonância magnética, permitindo relacionar processos microscópicos com os seus efeitos nos processos de transporte eletrônico. Os estudos de RPE e RMDE em polianilina mostraram uma transição entre os tipos de spin observados em função da temperatura. Os resultados obtidos indicam que o sinal de RPE se deve principalmente a estados de superfície, enquanto a técnica de RMDE permite observarmos também estados do volume, dependendo da forma de preparação dos dispositivos e dos parâmetros utilizados nas medidas. O sinal de RMDE foi atribuído ao hopping de pólarons intercadeias poliméricas. Nos dispositivos de MEH-PPV, o sinal de RMDE apresenta duas componentes, uma foi atribuída à fusão de pólarons negativos para formar bipólarons negativos e a outra foi atribuída à fusão de pólarons positivos. A deficiência na emissão de luz de alguns dos PLEDs estudados foi atribuída ao desbalanceamento de injeção de cargas, que pode ser observado pela diferença de intensidade entre as componentes do sinal. Nos OLEDs a base de Alq3, medidas de espectroscopia de impedância elétrica em função da voltagem dc (Vdc) mostraram um acúmulo de cargas nas interfaces internas do dispositivo, em baixas tensões. Entretanto, para valores mais altos de Vdc, quando começa o processo de recombinação, foi observado um fenômeno pouco estudado na literatura, conhecido como capacitância negativa. Possíveis abordagens a este problema foram propostas / The subject of this work is the investigation of electronic transport processes in organic semiconductors based devices using advanced techniques, such as electrically detected magnetic resonance (EDMR) and ac electrical impedance spectroscopy. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) measurements were also carried out to complement the EDMR results. The studied devices and materials were: MEH-PPV hole-only devices and PLEDs, polyaniline and multilayer Alq3 and -NPD based OLEDs. EDMR measures the sample conductivity variation during magnetic resonance condition, which allows relating microscopic processes to its effects on electronic transport processes. EPR and EDMR investigations on polyaniline showed a transition between two kinds of observed spins as a function of temperature. The results indicate that EPR probes especially surface paramagnetic states, while EDMR allows observing both surface and bulk paramagnetic states, depending on how devices are prepared and on some measurement parameters. The EDMR signal was assigned to interchain hopping of pólarons. On MEH-PPV devices, the EDMR signal was composed of two lines, one was attributed to negative pólarons fusion to form negative bipólarons and the other was assigned to positive pólarons fusion. The light emitting deficiency presented by some of the PLEDs investigated was assigned to a misbalanced charge injection, what could be observed by the difference between the intensity of the two components. Impedance spectroscopy measurements on Alq3 based OLEDs as a function of the dc voltage (Vdc) showed charge accumulation at the inner interfaces of the device at low Vdc values. However, at higher Vdc values, when recombination starts to take place, a strange phenomenon, usually called negative capacitance, was observed. Possible approaches were proposed

O objetivo deste trabalho foi de estudar processos de transporte eletrônico em dispositivos a base de semicondutores orgânicos através de técnicas avançadas, como ressonância magnética detectada eletricamente (RMDE) e espectroscopia de impedância elétrica em corrente alternada. Além destas, medidas de ressonância paramagnética eletrônica (RPE) convencional também foram realizadas de forma a complementar as medidas de RMDE. Os dispositivos e materiais estudados foram: (hole-only e PLED) de MEH-PPV, polianilina e OLED multicamadas de Alq3 e -NPD. A técnica de RMDE mede a variação de condutividade da amostra na condição de ressonância magnética, permitindo relacionar processos microscópicos com os seus efeitos nos processos de transporte eletrônico. Os estudos de RPE e RMDE em polianilina mostraram uma transição entre os tipos de spin observados em função da temperatura. Os resultados obtidos indicam que o sinal de RPE se deve principalmente a estados de superfície, enquanto a técnica de RMDE permite observarmos também estados do volume, dependendo da forma de preparação dos dispositivos e dos parâmetros utilizados nas medidas. O sinal de RMDE foi atribuído ao hopping de pólarons intercadeias poliméricas. Nos dispositivos de MEH-PPV, o sinal de RMDE apresenta duas componentes, uma foi atribuída à fusão de pólarons negativos para formar bipólarons negativos e a outra foi atribuída à fusão de pólarons positivos. A deficiência na emissão de luz de alguns dos PLEDs estudados foi atribuída ao desbalanceamento de injeção de cargas, que pode ser observado pela diferença de intensidade entre as componentes do sinal. Nos OLEDs a base de Alq3, medidas de espectroscopia de impedância elétrica em função da voltagem dc (Vdc) mostraram um acúmulo de cargas nas interfaces internas do dispositivo, em baixas tensões. Entretanto, para valores mais altos de Vdc, quando começa o processo de recombinação, foi observado um fenômeno pouco estudado na literatura, conhecido como capacitância negativa. Possíveis abordagens a este problema foram propostas / The subject of this work is the investigation of electronic transport processes in organic semiconductors based devices using advanced techniques, such as electrically detected magnetic resonance (EDMR) and ac electrical impedance spectroscopy. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) measurements were also carried out to complement the EDMR results. The studied devices and materials were: MEH-PPV hole-only devices and PLEDs, polyaniline and multilayer Alq3 and -NPD based OLEDs. EDMR measures the sample conductivity variation during magnetic resonance condition, which allows relating microscopic processes to its effects on electronic transport processes. EPR and EDMR investigations on polyaniline showed a transition between two kinds of observed spins as a function of temperature. The results indicate that EPR probes especially surface paramagnetic states, while EDMR allows observing both surface and bulk paramagnetic states, depending on how devices are prepared and on some measurement parameters. The EDMR signal was assigned to interchain hopping of pólarons. On MEH-PPV devices, the EDMR signal was composed of two lines, one was attributed to negative pólarons fusion to form negative bipólarons and the other was assigned to positive pólarons fusion. The light emitting deficiency presented by some of the PLEDs investigated was assigned to a misbalanced charge injection, what could be observed by the difference between the intensity of the two components. Impedance spectroscopy measurements on Alq3 based OLEDs as a function of the dc voltage (Vdc) showed charge accumulation at the inner interfaces of the device at low Vdc values. However, at higher Vdc values, when recombination starts to take place, a strange phenomenon, usually called negative capacitance, was observed. Possible approaches were proposed

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Heric Denis Farias.pdf: 2196819 bytes, checksum: ebe776ba26727b6ab81d9c4b1fb49e5d (MD5) Previous issue date: 2016-09-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The application of high electric fields on biological cells causes the formationof pores in the cell membrane, thereby causing an increase in their permeability. This phenomenon, called electropermeabilization have attracted increasing attention due to its wide application in biotechnology. Even being known for decades, the pore opening process in biological cell membranes is still not fully understood, nor was it even properly modeled. In this paper, two types of modeling are presented, which allow characterizing the electropermeabilization in biological cell suspensions. One of the methods is based on the analysis of the electrical impedance spectra of suspensions using genetic algorithm to determine parameters of a generic model dielectric dispersion. The other method uses instantaneous voltage and current values applied to a cell suspension during the electroporation experiment to determine the variation of the medium conductivity and thus, through the analytical model proposed by Ramos and colleagues (RAMOS et al., 2012), determine the cell conductivities. By modeling the impedance spectrum, it was observed the change in the dielectric dispersion of the sample due to the electropermeabilization process, in addition to obtaining the electrical conductivity and permittivity of the involved media. Using the electroporated cell model proposed by Ramos and colleagues (RAMOS et al., 2012), it was possible to determine the change of membrane conductance during the electropermeabilization. The validity of this model is assessed using finite element simulations, which showed good agreement with the analytical model used. Genetic algorithms are used in obtaining the parameters of the various models presented, showing great robustness in obtaining parameters based on the git between experimental and theoreticalcurves. / A aplicação de campos elétricos intensos em células biológicas provoca a formação de poros na membrana celular, causando assim o aumento de sua permeabilidade. Este fenômeno, denominado de eletropermeabiliza ção têm atraído cada vez mais atenção devido a sua ampla aplicação em biotecnologia. Mesmo sendo conhecido há várias décadas, o processo de abertura de poros em membranas de células biológicas ainda não é plenamente entendido e nem foi ainda corretamente modelado. Neste trabalho, apresenta-se dois tipos de modelagem que permitem a caracterização da eletropermeabilização em suspensões de células biológicas. Um dos métodos baseia-se na análise do espectro de impedância elétrica de suspensões com o uso de algoritmo genético para determinar parâmetros de um modelo genérico de dispersão dielétrica. O outro método utiliza valores instantâneos de tensão e corrente aplicados em uma suspensão de células durante um experimento de eletropermeabiliza ção para determinar a variação da condutividade do meio e com isso, através do modelo analítico proposto por Ramos e colaboradores (RAMOS et al., 2012), determinar a condutividade das células. Através da modelagem do espectro de impedância, foi possível verificar a alteração da dispersão dielétrica da amostra devido ao processo de eletropermeabiliza ção, além da obtenção das condutividades e permissividades elétricas dos meios envolvidos. Utilizando o modelo de célula eletropermeabilizada proposto por Ramos e colegas (RAMOS et al., 2012), foi possível obter a variação da condutância de membrana durante a eletropermeabilização. A validade deste modelo é avaliada utilizando simulações em elementos infinitos, as quais apresentaram grande concordância com o modelo analítico utilizado. Algoritmos genéticos são utilizados na obtenção dos parâmetros dos diversos modelos apresentados, mostrando grande robustez na obtenção de parâmetros baseada no ajuste entre curvas experimentais e teóricas.