1

1912 Nobel dla Dalana za acetylen

1963 Nobel dla Zieglera i Natty za polimeryzację etylenu i propylenu

1974 Shirakawa - otrzymanie czystych izomerów poliacetylenu

1977 “domieszkowanie” polietylenu (Shirakawa, MacDarmid i Heeger)

2000 Nobel dla Shirakawy, MacDarmida i Heegera

12. Plastikowa elektronika

2

Organiczne materiały

polimery małe molekuły organiczne

tanie, bezpróŜnioweotrzymywanie!

3

polietylen

Nasycone polimery

Etylen CH2=CH2

Orbitale 2sp 3 i 1s - silnekowalencyjne wi ązania σσσσpomi ędzy wszystkimi atomami

4

Wrowadzenie ładunku lub wzbudzenie prowadzi do powstania polaronów i solitonów -„autostrada acetylenowa”.

Polimeryzacja acetylenu ⇒ poliacetylen

Acetylen HC ≡≡≡≡ CH

elektrony 2s, 2px i 2py- hybrydyzacja sp2 i 1s - planarne orbitale σ ;

SprzęŜone (p-conjugated) polimery

elektron 2pz - orbital π zlokalizowany na węglu

5

Przerwa energetyczna w polimerach E(HOMO)-E(LUMO):

( )NNdm

hNE

Ndm

hN

LUMOE

Ndm

hN

HOMOE

Ndm

hnEn

1

)(8

1

)(8

12

)(

)(8

2)(

)(8

2

22

2

22

2

22

2

22

∝+

=∆

+=

=

=

ZaleŜy od długości łańcucha

W granicy dla b. długiego łańcucha:∆E ≠≠≠≠ 0 (transformacja Peierlsa)

poliacetylen ∆E = 3.2 eV

jednowymiarowy ła ńcuchjednowymiarowe pudełko, elektrony π kolejno zajmują poziomy

6

1974 Shirakawa - otrzymanie czystych izomerów poliacetylenu

SprzęŜone polimery

7

Utlenianie ( p-doping): [CH] n + 3x/2 I2 --> [CH]nx+ + x I3

- (J, F, Br)Redukcja ( n-doping): [CH] n + x Na --> [CH] n

x- + x Na+ (Na, Li, K)

Domieszkowanie polimerów

8

Wzbudzenia w polimerach

• polaron (ładunek + odkształcenie sieci)

• bipolaron (skorelowane dwa ładunki)

• soliton (defekt w jednowymiarowym łańcuchu)

• ekscyton (Frenkel’a lub “charge transfer exciton”)

• polariton (polaron + foton)

9

Polaron

P+ utworzony przez usuni ęcie jednego elektronu

P-

~0.2 eV

~0.2 eV npp

np

p

P+

~0.2 eV

~0.2 eV npp

np

p

Bipolaron P --

SprzęŜenie elektron-fonon

10

Transport ładunku pomiędzy dwoma łańcuchami molekuł -hopping

Solitony spułapkowane przez jony domieszki oddziałują z neutralnym solitonem

Soliton

11

Ekscytony

Frenkel’a, < 5 A Ekscyton CT (pośredni między Wanniera i Frenkel’a)

Energia wi ązania ekscytonu (?): 0.4 eV

zdelokalizowany zlokalizowany

12

PLED (polymer light-emitting diode)

Mała praca wyj ścia DuŜa praca wyj ścia

13

Transfer energii mi ędzy molekułami

Niezwiązana para elektron-dziura

Słabo związany ekscyton CT

Ekscyton Frenkel’a

Radiacyjna rekombinacja singletowego ekscytonu

hνννν

14

Nieradiacyjny transfer energii

Dyfuzja ekscytonu

Rezonansowe sprzęŜenie dipol-dipol

ZaleŜy od czasu Ŝycia ekscytonui całki przekrycia widma absorpcji i emisji

ZaleŜy takŜe od przekrywania sięorbitali molekularnych

15

OLED - domieszkowanie i nieradiacyjny transfer energii

Molekuły gospodarza

Molekuły domieszki

Domieszkowanie ziemią rzadką (Eu)

16

PLED

17

LEDy - post ęp w wydajno ści

18

Wyświetlacze

Kodak, małe molekuły (1.5 mm grubośći)

Polimerowe displaye: Friend (Cambridge Display Technology)

Heeger UNIAX (obecnie DuPont Displays).

Golarka Philipsa

19

E-gazeta E-papier (cienki wyświetlacz)

20

Plastikowe tranzystory (technika druku atramentowego,Palo Alto Research Center)

Polimerowe tranzystory

Struktura MOS