Research Doctorate - Doctor of Philosophy (PhD) / The photochemistry of poly{p-phenylene[1-(tetrahydrothiophen-1-io)ethylene chloride]} (PPTEC), a water soluble precursor of the semiconducting polymer, poly{p-phenylenevinylene} (PPV), has been studied both under atmospheric conditions and in environments devoid of oxygen. UV-visible spectroscopy and photoluminescence data has been used to provide a picture of the mechanistic pathways involved in UV irradiation of the PPTEC material. A new quantitative model for the effect of UV irradiation upon film morphology is presented. The technique of near-field scanning optical lithography (NSOL) has been used to produce arbitrary structures of the semi-conducting polymer poly{p-phenylenevinylene} at sizes comparable with optical wavelengths. Structures on this scale are of interest for integrated optical devices and organic solar cells. The structures are characterised using AFM and SEM and examined in the context of the electric field distribution at the NSOM tip. The Bethe-Bouwkamp model for electric field distribution at an aperture has been used, in combination with the developed model for precursor solubility dependence on UV energy dose, to predict the characteristics of lithographic features produced by NSOL. Fine structure in the lithographic features that are characteristic of the technique are investigated and their origins explained. Suggestions for the improvement of the technique are made. Presented here for the first time is a device manufactured by the technique of NSOL functioning as an optical device. The technique of NSOL is used to manufacture an optical transmission phase grating (or phase mask) of PPV, this was done as a proof of concept for device manufacture by this method and to demonstrate the potential usefulness of the unique characteristics of the technique. The phase mask was characterised using AFM and SEM and examined in the context of how well a diffraction pattern matches with theoretical calculations.

O presente trabalho envolveu a eletrossíntese de três polímeros da família dos poli(p-fenilenovinileno)s, PPVs, apresentando como substituintes grupos alcóxi de cadeia longa. Esses polímeros foram caracterizados espectroscopicamente (RMN de 1H, IV e UV/VIS), termicamente (TG), por cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), eletronicamente por voltametria cíclica e eletricamente por meio de curvas I x V em dispositivos do tipo sanduíche (metal/polímero/metal). Os polímeros foram utilizados na construção de sensores de gases para avaliação da capacidade sensitiva a vapores orgânicos, mostrando-se promissores para utilização em narizes eletrônicos. Construíram-se, também, dispositivos emissores de luz orgânicos (OLEDs) com utilização desses polímeros como camada ativa, no intuito de se conhecer sua aplicabilidade em dispositivos optoeletrônicos. Para tal, foram feitas determinações de luminância e de eficiência quântica de luminância dos OLEDs construídos. Os dispositivos do tipo sanduíche, os OLEDs e as medidas correspondentes foram realizados em Curitiba, em colaboração com o Prof. Dr. Ivo Alexandre Hümmelgen, líder do Grupo de Dispositivos Optoeletrônicos Orgânicos do Departamento de Física da Universidade Federal do Paraná. / The present work describes the electrosynthesis of three polymers of the poly(p-phenylenevinylene) (PPV) family, having at least one long chain alkoxy group as substituent. These polymers were characterized by spectroscopic analyses (1H NMR, IR and UV-Vis), thermogravimetry (TG), size exclusion chromatography (SEC), cyclic voltammetry and electrically by current vs. potential plots obtained from metal/polymer/metal sandwich devices. The polymers were tested as active layers in gas sensors for organic vapour analyses aimed for future use in electronic noses. The same polymers were also employed in organic light emitting diodes (OLEDs) in which the luminance and the luminance quantum efficiency were measured. Both the sandwich devices and the OLEDs were made in Curitiba with the collaboration of Prof. Ivo Hümmelgen, head of the Group of Organic Optoelectronic Devices at the Physics Department of the Federal University of Paraná (UFPR).

O presente trabalho envolveu a eletrossíntese de três polímeros da família dos poli(p-fenilenovinileno)s, PPVs, apresentando como substituintes grupos alcóxi de cadeia longa. Esses polímeros foram caracterizados espectroscopicamente (RMN de 1H, IV e UV/VIS), termicamente (TG), por cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), eletronicamente por voltametria cíclica e eletricamente por meio de curvas I x V em dispositivos do tipo sanduíche (metal/polímero/metal). Os polímeros foram utilizados na construção de sensores de gases para avaliação da capacidade sensitiva a vapores orgânicos, mostrando-se promissores para utilização em narizes eletrônicos. Construíram-se, também, dispositivos emissores de luz orgânicos (OLEDs) com utilização desses polímeros como camada ativa, no intuito de se conhecer sua aplicabilidade em dispositivos optoeletrônicos. Para tal, foram feitas determinações de luminância e de eficiência quântica de luminância dos OLEDs construídos. Os dispositivos do tipo sanduíche, os OLEDs e as medidas correspondentes foram realizados em Curitiba, em colaboração com o Prof. Dr. Ivo Alexandre Hümmelgen, líder do Grupo de Dispositivos Optoeletrônicos Orgânicos do Departamento de Física da Universidade Federal do Paraná. / The present work describes the electrosynthesis of three polymers of the poly(p-phenylenevinylene) (PPV) family, having at least one long chain alkoxy group as substituent. These polymers were characterized by spectroscopic analyses (1H NMR, IR and UV-Vis), thermogravimetry (TG), size exclusion chromatography (SEC), cyclic voltammetry and electrically by current vs. potential plots obtained from metal/polymer/metal sandwich devices. The polymers were tested as active layers in gas sensors for organic vapour analyses aimed for future use in electronic noses. The same polymers were also employed in organic light emitting diodes (OLEDs) in which the luminance and the luminance quantum efficiency were measured. Both the sandwich devices and the OLEDs were made in Curitiba with the collaboration of Prof. Ivo Hümmelgen, head of the Group of Organic Optoelectronic Devices at the Physics Department of the Federal University of Paraná (UFPR).

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:40:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alvaro Fontana.pdf: 7055530 bytes, checksum: 4a9069c1fa7120a7895a1587f1fe173e (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / In this work were performed organic synthesis of the monomer derivatives of poly (p-phenylenevinylene) whose main interest was to obtain a monomer with an aromatic ring having attached two bromine atoms (this step not being performed), a cyano group, a side chain of six carbon atoms and a sulfonic group linked to the end of side chain. The syntheses were performed starting from the compound 2,5-dimethylphenol and adding the aromatic ring an iodine atom, made subsequently replacing the iodine atom by a cyano group, and the sequences of reactions by adding a side chain with six carbon atoms attached at its one end a sulfonic group. The characterization of the obtained compounds was performed by spectroscopy techniques, Infrared, nuclear magnetic resonance 1H and 13C and GC-MS. These analyzes showed that the structures of the proposed monomers were achieved almost entirely. Part of this doctoral work was performed in the laboratory of the Emeritus Professor Dr. Alan Maxwell Bond at Monash University, Melbourne - Australia, such as sandwich doctorate program. The study in Australia comprised learning and application of cyclic voltammetry technique ac coupled to Fourier transform in chemical reactions studying the kinetics of 1 and 2 electron transfer, in this case, taking as an example the molecule N,N,N',N'-Tetramethyl-p-phenylenediamine, TMPD. The molecular solvents used for the study of electron transfer in the molecule TMPD were acetone and acetonitrile, and the following ionic liquids: [BMPIPTFSI], [BMIM] [TFSI], [BMIm][BF4] and [BDMIM] [TF2N]. In all the results obtained it was found the process known as internal reference, where the first electron transfer reaction in the molecule, because it is faster, can be used to compare the values of the thermodynamic and kinetic parameters obtained in the first process with the parameter values obtained in the second electron transfer process in the same molecule. / Neste trabalho foram realizadas sínteses orgânicas de monômeros derivados de poli(p-fenilenovinileno) cujo principal interesse foi a obtenção de um monômero com um anel aromático tendo ligado a ele, dois átomos de bromo (não sendo realizada essa etapa), um grupamento ciano, uma cadeia lateral com seis átomos de carbono, e um grupamento sulfônico ligado a extremidade da cadeia lateral. As sínteses foram realizadas partindo-se do composto 2,5-dimetilfenol e adicionando-se ao anel aromático um átomo de iodo, posteriormente feita a troca do átomo de iodo por um grupo ciano e nas sequências das reações adicionando-se uma cadeia lateral com seis átomos de carbono oposta ao grupo ciano e ligado na extremidade da cadeia lateral um grupo sulfônico. A caracterização dos compostos foi realizada através das técnicas, infravermelho, ressonância magnética nuclear 1H, 13C e CG-MS. Essas análises evidenciaram que as estruturas dos monômeros propostos foram alcançadas em quase sua totalidade. Parte deste trabalho de doutoramento foi realizada no laboratório do professor Emeritus Dr. Alan Maxwell Bond na Monash University em Melbourne – Austrália, como doutorado sanduíche. O estudo feito na Austrália compreendeu a aprendizagem e aplicação da técnica de voltametria cíclica ac acoplada à transformada de Fourier, estudando-se a cinética de transferência de 1 e 2 elétrons, neste caso, utilizando-se como exemplo, a molécula N,N,N′,N′-Tetramethyl-p-phenylenediamine, TMPD. Os solventes moleculares utilizados para o estudo da transferência de elétrons nesta molécula foram acetona e acetonitrila e também os seguintes líquidos iônicos: [BMPIPTFSI], [BMIM][TFSI], [BMIm][BF4] e [BDMIM][TF2N]. Em todos os resultados obtidos constatou-se o processo chamado de referência interna, onde, a primeira reação de transferência de elétrons nesta molécula, por ser mais rápida, pode ser utilizada para comparar os valores dos parâmetros termodinâmicos e cinéticos obtidos no primeiro processo de transferência de elétrons com os valores dos parâmetros obtidos no segundo processo na mesma molécula.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alvaro Fontana.pdf: 7055530 bytes, checksum: 4a9069c1fa7120a7895a1587f1fe173e (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / In this work were performed organic synthesis of the monomer derivatives of poly (p-phenylenevinylene) whose main interest was to obtain a monomer with an aromatic ring having attached two bromine atoms (this step not being performed), a cyano group, a side chain of six carbon atoms and a sulfonic group linked to the end of side chain. The syntheses were performed starting from the compound 2,5-dimethylphenol and adding the aromatic ring an iodine atom, made subsequently replacing the iodine atom by a cyano group, and the sequences of reactions by adding a side chain with six carbon atoms attached at its one end a sulfonic group. The characterization of the obtained compounds was performed by spectroscopy techniques, Infrared, nuclear magnetic resonance 1H and 13C and GC-MS. These analyzes showed that the structures of the proposed monomers were achieved almost entirely. Part of this doctoral work was performed in the laboratory of the Emeritus Professor Dr. Alan Maxwell Bond at Monash University, Melbourne - Australia, such as sandwich doctorate program. The study in Australia comprised learning and application of cyclic voltammetry technique ac coupled to Fourier transform in chemical reactions studying the kinetics of 1 and 2 electron transfer, in this case, taking as an example the molecule N,N,N',N'-Tetramethyl-p-phenylenediamine, TMPD. The molecular solvents used for the study of electron transfer in the molecule TMPD were acetone and acetonitrile, and the following ionic liquids: [BMPIPTFSI], [BMIM] [TFSI], [BMIm][BF4] and [BDMIM] [TF2N]. In all the results obtained it was found the process known as internal reference, where the first electron transfer reaction in the molecule, because it is faster, can be used to compare the values of the thermodynamic and kinetic parameters obtained in the first process with the parameter values obtained in the second electron transfer process in the same molecule. / Neste trabalho foram realizadas sínteses orgânicas de monômeros derivados de poli(p-fenilenovinileno) cujo principal interesse foi a obtenção de um monômero com um anel aromático tendo ligado a ele, dois átomos de bromo (não sendo realizada essa etapa), um grupamento ciano, uma cadeia lateral com seis átomos de carbono, e um grupamento sulfônico ligado a extremidade da cadeia lateral. As sínteses foram realizadas partindo-se do composto 2,5-dimetilfenol e adicionando-se ao anel aromático um átomo de iodo, posteriormente feita a troca do átomo de iodo por um grupo ciano e nas sequências das reações adicionando-se uma cadeia lateral com seis átomos de carbono oposta ao grupo ciano e ligado na extremidade da cadeia lateral um grupo sulfônico. A caracterização dos compostos foi realizada através das técnicas, infravermelho, ressonância magnética nuclear 1H, 13C e CG-MS. Essas análises evidenciaram que as estruturas dos monômeros propostos foram alcançadas em quase sua totalidade. Parte deste trabalho de doutoramento foi realizada no laboratório do professor Emeritus Dr. Alan Maxwell Bond na Monash University em Melbourne – Austrália, como doutorado sanduíche. O estudo feito na Austrália compreendeu a aprendizagem e aplicação da técnica de voltametria cíclica ac acoplada à transformada de Fourier, estudando-se a cinética de transferência de 1 e 2 elétrons, neste caso, utilizando-se como exemplo, a molécula N,N,N′,N′-Tetramethyl-p-phenylenediamine, TMPD. Os solventes moleculares utilizados para o estudo da transferência de elétrons nesta molécula foram acetona e acetonitrila e também os seguintes líquidos iônicos: [BMPIPTFSI], [BMIM][TFSI], [BMIm][BF4] e [BDMIM][TF2N]. Em todos os resultados obtidos constatou-se o processo chamado de referência interna, onde, a primeira reação de transferência de elétrons nesta molécula, por ser mais rápida, pode ser utilizada para comparar os valores dos parâmetros termodinâmicos e cinéticos obtidos no primeiro processo de transferência de elétrons com os valores dos parâmetros obtidos no segundo processo na mesma molécula.

Nesse trabalho apresentamos o estudo das propriedades ópticas e elétricas de filmes e dispositivos eletrônicos de polímeros luminescentes, poli(p-fenilenovinilenos) - PPVs, semicondutores, polianilinas - PANI, e derivados desses dois polímeros. São apresentadas todas as etapas de preparação e caracterização dos dispositivos, desde as rotas de síntese dos polímeros, até a modelagem de dispositivos eletroluminescentes e de transistores de efeito de campo. Os filmes luminescentes foram caracterizados por propriedades de absorção e emissão ópticas, e função pseudo-dielétrica, mostrando dependência com a presença de grupos laterais. Filmes de PANI, por sua vez, foram caracterizados através de medidas de condutividade complexa, e os resultados obtidos mostram-se típicos de sistemas sólidos desordenados. Para interpretá-las, foi utilizado o modelo de distribuição aleatória de barreiras de energia livre (random free energy barrier model - RFEB) aplicado como ajuste aos resultados experimentais. Outra característica importante dos PPVs, estudada nessa tese, foi à degradação em condições ambientais sob iluminação. Esse efeito foi acompanhado por medidas de absorção óptica e de elipsometria, mostrando que a combinação dos efeitos do oxigênio e da luz é a principal responsável pela degradação desse material. Para explicar tal efeito, elaboramos um modelo baseado nas propriedades individuais dos cromóforos do polímero e na substituição de ligações vinílicas C=C por ligações carbonilas C=O, cuja comparação com os resultados experimentais forneceu uma estimativa para a fração degradada do polímero como função do tempo de iluminação. Foram caracterizados dispositivos emissores de luz de PPVs através de medidas corrente vs. tensão e de condutividade complexa, que através do ajuste por modelos de circuitos equivalentes e pelo modelo RFEB forneceu grandezas fundamentais como a resistividade e a constante dielétrica da camada polimérica. Finalizando, transistores de efeito de campo de poli(o-metoxianilina) - POMA (um derivado da PANI) apresentaram modulação pela tensão de porta, e um modelo baseado nas propriedades de condução da POMA levando-se em conta gradientes de mobilidade e de densidade de portadores ortogonais à superfície do polímero foi elaborado e se ajustou muito bem aos resultados experimentais. / In this thesis we report the electrical and optical characterization of polymeric thin-film and luminescent and electronic devices. The studied materials were the luminescent poly(p-phenylenevinylenes) - PPVs, semiconducting polyanilines - PANI and their derivatives. All the steps in the material preparation are described: the synthesis and the film preparation. Also, the technological details of the fabrication of the devices, light-emitting diodes (LEDs) and field-effect transistor (FETs), are presented. Luminescent films were studied by optical absorption and emission and by ellipsometry measurements, giving emphasis on the influence of lateral groups. The PANI films were electrically investigated by the analysis of the complex conductivity, whose results were adjusted by the random free energy barrier model used for disordered solids. Another important investigation was related to the photodegradation of the luminescent polymers, a deleterious effect owing to a concomitant action of oxygen and light. To explain such effect we proposed a model based on the properties of individual cromophores of the molecules, and in the incorporation of ketone groups (C=O), cleaving the vinyl C=C bonds. The luminescent devices were electrically and optically characterized. The current density vs. voltage and complex impedance were fit by macroscopic models taking into account a hopping process, and an equivalent circuit was also used to study ITO/polymer/metal structures. Finally, the field-effect transistor made by poly(o-methoxyaniline) were experimentally studied and a model that assumes gradients of carrier density and mobility orthogonal to the film surface fit with good agreement the ISD vs. VSD for different gate voltages, VG.

Nesse trabalho apresentamos o estudo das propriedades ópticas e elétricas de filmes e dispositivos eletrônicos de polímeros luminescentes, poli(p-fenilenovinilenos) - PPVs, semicondutores, polianilinas - PANI, e derivados desses dois polímeros. São apresentadas todas as etapas de preparação e caracterização dos dispositivos, desde as rotas de síntese dos polímeros, até a modelagem de dispositivos eletroluminescentes e de transistores de efeito de campo. Os filmes luminescentes foram caracterizados por propriedades de absorção e emissão ópticas, e função pseudo-dielétrica, mostrando dependência com a presença de grupos laterais. Filmes de PANI, por sua vez, foram caracterizados através de medidas de condutividade complexa, e os resultados obtidos mostram-se típicos de sistemas sólidos desordenados. Para interpretá-las, foi utilizado o modelo de distribuição aleatória de barreiras de energia livre (random free energy barrier model - RFEB) aplicado como ajuste aos resultados experimentais. Outra característica importante dos PPVs, estudada nessa tese, foi à degradação em condições ambientais sob iluminação. Esse efeito foi acompanhado por medidas de absorção óptica e de elipsometria, mostrando que a combinação dos efeitos do oxigênio e da luz é a principal responsável pela degradação desse material. Para explicar tal efeito, elaboramos um modelo baseado nas propriedades individuais dos cromóforos do polímero e na substituição de ligações vinílicas C=C por ligações carbonilas C=O, cuja comparação com os resultados experimentais forneceu uma estimativa para a fração degradada do polímero como função do tempo de iluminação. Foram caracterizados dispositivos emissores de luz de PPVs através de medidas corrente vs. tensão e de condutividade complexa, que através do ajuste por modelos de circuitos equivalentes e pelo modelo RFEB forneceu grandezas fundamentais como a resistividade e a constante dielétrica da camada polimérica. Finalizando, transistores de efeito de campo de poli(o-metoxianilina) - POMA (um derivado da PANI) apresentaram modulação pela tensão de porta, e um modelo baseado nas propriedades de condução da POMA levando-se em conta gradientes de mobilidade e de densidade de portadores ortogonais à superfície do polímero foi elaborado e se ajustou muito bem aos resultados experimentais. / In this thesis we report the electrical and optical characterization of polymeric thin-film and luminescent and electronic devices. The studied materials were the luminescent poly(p-phenylenevinylenes) - PPVs, semiconducting polyanilines - PANI and their derivatives. All the steps in the material preparation are described: the synthesis and the film preparation. Also, the technological details of the fabrication of the devices, light-emitting diodes (LEDs) and field-effect transistor (FETs), are presented. Luminescent films were studied by optical absorption and emission and by ellipsometry measurements, giving emphasis on the influence of lateral groups. The PANI films were electrically investigated by the analysis of the complex conductivity, whose results were adjusted by the random free energy barrier model used for disordered solids. Another important investigation was related to the photodegradation of the luminescent polymers, a deleterious effect owing to a concomitant action of oxygen and light. To explain such effect we proposed a model based on the properties of individual cromophores of the molecules, and in the incorporation of ketone groups (C=O), cleaving the vinyl C=C bonds. The luminescent devices were electrically and optically characterized. The current density vs. voltage and complex impedance were fit by macroscopic models taking into account a hopping process, and an equivalent circuit was also used to study ITO/polymer/metal structures. Finally, the field-effect transistor made by poly(o-methoxyaniline) were experimentally studied and a model that assumes gradients of carrier density and mobility orthogonal to the film surface fit with good agreement the ISD vs. VSD for different gate voltages, VG.

Os objetivos do presente trabalho consistem na síntese de dois polímeros - poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno-alt-9,9-n-dioctil-2,7-fluorenilenovinileno) (PBTDV-alt-PDO27FV) e poli[4,7-(2,1,3-benzotiadiazolileno)-alt-(2,5-dioctilóxi-1,4- fenilenovinileno)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - cinco oligômeros - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3-benzotiadiazol-4-il)vinil)9,9-n-dioctil-9H-fluoreno (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoren)2-vinileno (FF) e 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno)2,7-bis(vinileno)bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno) (FFF) - e três small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexil-[2\'-tiofeno-2\'-tiazol]-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutil-[5\',2\'-ditiazol])-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (J1) e 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(5\'-hexil-[2,2\'-bitiofeno]-5- bis(il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol) (J2) - seguida da aplicação desses materiais em dispositivos fotovoltaicos e magnetorresistivos e em sensores de gás. Os polímeros e oligômeros preparados são derivados de poli(p-fenilenovinileno) e contêm unidades de fluoreno e/ou 2,1,3-benzotiadiazol, tendo sido empregada, na etapa final de cada síntese, reação de Wittig visando ao acoplamento e à formação das duplas vinilênicas. As small molecules, preparadas por meio de sucessivas formações de organo-estananas e reações de Stille, também foram sintetizadas com sucesso e em rendimentos apreciáveis. A espécie J2 não foi preparada com sucesso, obtendo-se, em contrapartida, um análogo dessa molécula, que foi devidamente isolado e caracterizado. No que tange à aplicação dos materiais em dispositivos fotovoltaicos, os resultados até então obtidos mostraram-se inconclusivos, sendo digno de nota, no entanto, que o estudo continua sendo conduzido por colaboradores. O trabalho de aplicação dos materiais em dispositivos magnetorresistivos apresentou resultados interessantes para os oligômeros FBF, BFB, FFF e FF, visto que dispositivos fabricados a partir das referidas espécies mostraram variação em seus valores de corrente elétrica quando submetidos a campo magnético de 200 mT. Por fim, foram desenvolvidos narizes eletrônicos com duas finalidades distintas: (a) identificação de diferentes espécies de madeira de interesse ambiental e (b) estudo da influência da atividade física no indivíduo por meio da análise do suor. Os sensores de gás foram preparados por meio da deposição de finos filmes de materiais orgânicos conjugados dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. No estudo acerca da identificação de espécies de madeira, a análise de leave-one-out revelou 100 % de taxa de acerto na diferenciação entre as espécies angelim, cedro-rosa, imbuia e perobinha. O estudo da influência da atividade física no indivíduo também se mostrou promissor na medida em que identificou os diferentes estágios do exercício físico com taxa de acerto de 93 %, também definida pela técnica estatística de leave-one-out. / The present work consists on the synthesis of two polymers - poly(2,1,3- benzothiadiazole-4,7-ylenevinylene-alt-9,9-n-dioctyl-2,7-fluorenylenevinylene) (PBTDV-alt-PDO27FV) and poly[4,7-(2,1,3-benzothiadiazole-ylene)-alt-(2,5-dioctyloxy-1,4-phenylenevinylene)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - five oligomers - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctyl- 9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3- benzothiadiazole-4-yl)vinyl)9,9-n-dioctyl-9H-fluorene (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2- vinylene (FF) and 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2,7-bis(vinylene)bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene) (FFF) - and three small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexyl-[2\'-thiophene-2\'- thiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutyl-[5\',2\'-dithiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (J1) and 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(5\'-hexyl-[2,2-bithiophene]-5-bis(yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole) (J2) - followed by the application of such materials in organic photovoltaics (OPV), magnetoresistive devices and gas sensors. The polymers and oligomers are all poli(p-phenylenevinylene)s derivatives containing 2,1,3-benzothiadiazole and/or substituted fluorene units in the main chain. Those materials\' preparation comprises a coupling Wittig reaction as the key step, through which the vinylenic bonds are formed. The small molecules mentioned above were synthesized by successive organostannane preparations followed by cross-coupling Stille reactions, leading to the target-compounds in considerably high yields. Although the route is a very useful methodology for synthesizing organic conjugated small molecules, J2 was not successfully prepared. The reaction led to a J2 analogue instead, that was properly isolated and characterized. The application of the cited materials in organic photovoltaics (OPVs) is still in progress, since the study has shown inconclusive results so far. The study of the organic magnetoresistive properties of the synthesized materials has led to interesting results for the oligomers FBF, BFB, FFF and FF. The devices containing those compounds in their active layers presented considerable variations in their electric current values when submitted to a magnetic field of 150 mT magnitude. Finally, electronic noses for two different applications were developed: (a) the identification of wood species that can be easily mistaken and (b) the study of exercise physiology through analyses of sweat samples. The gas sensors were prepared by the deposition of doped organic conjugated materials thin films onto the surface of intedigitated electrodes. The study on the differentiation of several species of wood showed 100 % rate of hits determined by leave-one-out statistics analysis. The study on the exercise physiology was also promising since it allowed the identification of the three different stages of the physical exercise with a 93 % rate of hits, also determined by leave-one-out methods. Thus, both studies suggest that the electronic nose can be a powerful tool to study many different targets in which the release of volatile compounds is involved

Esta tese envolveu a síntese de 11 precursores poliméricos inéditos, derivados de bifenilos e terfenilos, substituídos por grupos receptores e doadores de elétrons, por meio de reações de acoplamento de Suzuki. Tais precursores foram convertidos aos respectivos polímeros, poli(p-xilileno)s e poli(p-fenileno vinileno)s, via redução catódica, conduzindo a um total de 11 polímeros, sendo dez deles inéditos. Os polímeros obtidos foram caracterizados por métodos espectroscópicos (UV-VIS, IV, RMN), análises térmicas, SEC e medidas de condutividade elétrica pós-dopagem. Um dos polímeros foi empregado na construção de dispositivos metal/polímero/metal (\"sanduíche\"), que permitiram a determinação da mobilidade dos portadores de carga, bem como da altura de barreira para injeção de elétrons na junção metal/polímero. / The synthesis via Suzuki coupling reaction of 11 new biphenylenic and terphenylenic polymer precursors, substituted by long-chain electron donating or withdrawing groups, is described. The electrochemical reduction of these precursors led to the corresponding poly(p-xylylene)s and poly(p-phenylene vinylene)s. Ten out of the 11 generated polymers have been never described before. AII the polymers were fully characterised by spectroscopic (UV-VIS, IR, NMR) and thermal analyses, as well as by SEC and electrical conductivity measurements of iodine-doped specimens. The positive charge carrier mobility and the barrier height for electron injection (metal/polymer) could be determined through I x V investigations of sandwich devices (metal/polymer/metal) for one of the polymers.

Os objetivos do presente trabalho consistem na síntese de dois polímeros - poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno-alt-9,9-n-dioctil-2,7-fluorenilenovinileno) (PBTDV-alt-PDO27FV) e poli[4,7-(2,1,3-benzotiadiazolileno)-alt-(2,5-dioctilóxi-1,4- fenilenovinileno)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - cinco oligômeros - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3-benzotiadiazol-4-il)vinil)9,9-n-dioctil-9H-fluoreno (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoren)2-vinileno (FF) e 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno)2,7-bis(vinileno)bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno) (FFF) - e três small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexil-[2\'-tiofeno-2\'-tiazol]-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutil-[5\',2\'-ditiazol])-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (J1) e 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(5\'-hexil-[2,2\'-bitiofeno]-5- bis(il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol) (J2) - seguida da aplicação desses materiais em dispositivos fotovoltaicos e magnetorresistivos e em sensores de gás. Os polímeros e oligômeros preparados são derivados de poli(p-fenilenovinileno) e contêm unidades de fluoreno e/ou 2,1,3-benzotiadiazol, tendo sido empregada, na etapa final de cada síntese, reação de Wittig visando ao acoplamento e à formação das duplas vinilênicas. As small molecules, preparadas por meio de sucessivas formações de organo-estananas e reações de Stille, também foram sintetizadas com sucesso e em rendimentos apreciáveis. A espécie J2 não foi preparada com sucesso, obtendo-se, em contrapartida, um análogo dessa molécula, que foi devidamente isolado e caracterizado. No que tange à aplicação dos materiais em dispositivos fotovoltaicos, os resultados até então obtidos mostraram-se inconclusivos, sendo digno de nota, no entanto, que o estudo continua sendo conduzido por colaboradores. O trabalho de aplicação dos materiais em dispositivos magnetorresistivos apresentou resultados interessantes para os oligômeros FBF, BFB, FFF e FF, visto que dispositivos fabricados a partir das referidas espécies mostraram variação em seus valores de corrente elétrica quando submetidos a campo magnético de 200 mT. Por fim, foram desenvolvidos narizes eletrônicos com duas finalidades distintas: (a) identificação de diferentes espécies de madeira de interesse ambiental e (b) estudo da influência da atividade física no indivíduo por meio da análise do suor. Os sensores de gás foram preparados por meio da deposição de finos filmes de materiais orgânicos conjugados dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. No estudo acerca da identificação de espécies de madeira, a análise de leave-one-out revelou 100 % de taxa de acerto na diferenciação entre as espécies angelim, cedro-rosa, imbuia e perobinha. O estudo da influência da atividade física no indivíduo também se mostrou promissor na medida em que identificou os diferentes estágios do exercício físico com taxa de acerto de 93 %, também definida pela técnica estatística de leave-one-out. / The present work consists on the synthesis of two polymers - poly(2,1,3- benzothiadiazole-4,7-ylenevinylene-alt-9,9-n-dioctyl-2,7-fluorenylenevinylene) (PBTDV-alt-PDO27FV) and poly[4,7-(2,1,3-benzothiadiazole-ylene)-alt-(2,5-dioctyloxy-1,4-phenylenevinylene)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - five oligomers - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctyl- 9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3- benzothiadiazole-4-yl)vinyl)9,9-n-dioctyl-9H-fluorene (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2- vinylene (FF) and 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2,7-bis(vinylene)bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene) (FFF) - and three small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexyl-[2\'-thiophene-2\'- thiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutyl-[5\',2\'-dithiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (J1) and 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(5\'-hexyl-[2,2-bithiophene]-5-bis(yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole) (J2) - followed by the application of such materials in organic photovoltaics (OPV), magnetoresistive devices and gas sensors. The polymers and oligomers are all poli(p-phenylenevinylene)s derivatives containing 2,1,3-benzothiadiazole and/or substituted fluorene units in the main chain. Those materials\' preparation comprises a coupling Wittig reaction as the key step, through which the vinylenic bonds are formed. The small molecules mentioned above were synthesized by successive organostannane preparations followed by cross-coupling Stille reactions, leading to the target-compounds in considerably high yields. Although the route is a very useful methodology for synthesizing organic conjugated small molecules, J2 was not successfully prepared. The reaction led to a J2 analogue instead, that was properly isolated and characterized. The application of the cited materials in organic photovoltaics (OPVs) is still in progress, since the study has shown inconclusive results so far. The study of the organic magnetoresistive properties of the synthesized materials has led to interesting results for the oligomers FBF, BFB, FFF and FF. The devices containing those compounds in their active layers presented considerable variations in their electric current values when submitted to a magnetic field of 150 mT magnitude. Finally, electronic noses for two different applications were developed: (a) the identification of wood species that can be easily mistaken and (b) the study of exercise physiology through analyses of sweat samples. The gas sensors were prepared by the deposition of doped organic conjugated materials thin films onto the surface of intedigitated electrodes. The study on the differentiation of several species of wood showed 100 % rate of hits determined by leave-one-out statistics analysis. The study on the exercise physiology was also promising since it allowed the identification of the three different stages of the physical exercise with a 93 % rate of hits, also determined by leave-one-out methods. Thus, both studies suggest that the electronic nose can be a powerful tool to study many different targets in which the release of volatile compounds is involved