Polythiophene và dẫn xuất

Công nghệ OLED (Organic light-emitting diode) đã và đang thực sự chứng tỏ sức mạnh của mình, nó đang dần dần thay thế công nghệ LCD, mặc dù công nghệ OLED chưa đưa vào ứng dụng phổ biến như cộng nghệ LCD hiện nay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Polythiophene và dẫn xuấtPolythiophene và dẫn xuất: Một Polymer dẫn điệnnhiều tiềm năng (Phần 2)(H2N2)-Công nghệ OLED (Organic light-emittingdiode) đã và đang thực sự chứng tỏ sức mạnh củamình, nó đang dần dần thay thế công nghệ LCD, mặcdù công nghệ OLED chưa đưa vào ứng dụng phổbiến như cộng nghệ LCD hiện nay. Bằng chứng làcác thiết bị điện tử công nghệ cao như laptop và điệnthoại di động hay tivi đã ứng dụng thành công côngnghệ OLED để cho ra nhưng sản phẩm đẹp mắt vàkhá ấn tượng. Phần 1 đã nêu lên loại vật liệu chế tạopin năng lượng là một dẫn xuất của polythiophenegọi là PEDOT, thì trong phần 2 này vật liệu chính đểchế tạo OLED là polythiophene không mang bất kìmột nhóm thế nào. Trong phần 2 này, tác giả sẽ giớithiệu một phương pháp tổng hợp rất mới mà các nhàkhoa học đã phát triển vào cuối năm 2010.Màn hình laptop làm từ công nghệ OLEDKể từ khi polythiophene được tổng hợp ra, người tathấy rằng đây là một loại polymer “cứng” rất khó giacông tạo hình cho sản phẩm vì thế trong những nămthập niên 90 người ta muốn tổng hợp mộtpolythiophene mềm hơn bằng các monomer là dẫnxuất của thiophene như 3-metylalkylthiophene, nhómalkyl thường là n-octyl. Mặc dù mục đích tạo rapolymer mềm đã thành công nhưng một điều trớ trêurằng poly(3-metylalkylthiophene) được tạo thành lạiở dạng atactic (bất đều hòa vị trí nhóm alkyl).Cấu trúc bất đều hòa của poly(3-metylalkylthiophene)Chính cấu trúc bất đều hòa thế này đã phá vỡ hệthống liên hợp “phẳng” pi, nên tính dẫn điện của sảnphẩm tạo thành bị giảm đáng kể. Vì thế, những nămgần đây các nhà khoa học đã tìm ra các phương pháptổng hợp polythiophene ở dạng màng hoặc tạo ra cáchạt ở kích thước nano qua con đường “bottom up”.Vào cuối năm 2010 các nhà khoa học đã tổng hợpthành công polythiophene với kích thước các hạtnano bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương trongmôi trường nước thông qua việc sử dụng chất hoạtđộng bề mặt là sodium dodecyl sulfonate (SDS).Phương pháp này sử dụng xúc tác là các muối Cu(II).So với việc sử dụng muối Fe(III) thì khi sử dụngmuối Cu(II) các hạt nano được hình thành rất đồngđều. Các muối Cu(II) khác nhau sẽ ảnh hưởng đếnhiệu suất, tính chất và hình thái của polythiophene.Các muối như Cu(NO3)2, CuSO4, CuCl2 đều cho thấycó hiệu quả xúc tác cho quá trình trùng hợp. Các hạtpolythiophene được hình thành ở dạng hình cầuđường kính 60-100 nm với hiệu suất 86 – 98%. Khisử dụng muối CuBr2 thì polythiophene được sinh ravới cấu trúc vô định hình và hiệu suất thấp 39%. Sauphản ứng, người ta tiến hành doping polymer bằng I2nhằm giúp cho polymer có khả năng dẫn điện.Trong phương pháp trùng hợp nhũ tương mà các tácgiả đã sử dụng, ngoài hệ phân tán là nước, monomerthiophene, chất hoạt động bề mặt, xúc tác là muốiCu2+ thì còn có mặt của H2O2 30%. Vai trò của H2O2nhằm tái sinh lại Cu2+ theo cơ chế (do đó mà lượngCu2+ được sử dụng là rất ít):Cu+ + H2O2 = Cu2+ + H2O + O2Phản ứng tổng hợp polythiopheneCác nghiên cứu khi sử dụng chất xúc tác là các loạimuối đồng II khác cũng được tiến hành. Quá trìnhnghiên cứu ảnh hưởng của các loại xúc tác muối Cu(II) khác nhau đến hiệu suất – vận tốc phản ứng đượcbiểu diễn trong hình dưới đây:Hiệu suất và vận tốc phản ứng của trùng hợppolythiophene khi sử dụng các muối đồng II khácnhau.Hình trên chỉ rõ muối Cu(NO3)2 là chất xúc tác chohiệu suất và vận tốc cao nhất, kế đến là CuSO4 vàCuCl2. Các kết được tổng kết trong bảng dưới.Hiệu suất và hình dạng của polythiophene khi dùngcác muối đồng II khác nhau.Hình dạng của polythiophene được xem dưới SEM:(a và b) CuCl2; c) CuBr2; (d và e) CuSO4; (f và g)Cu(NO3)2.Kết luận:Trong các nghiên cứu này, trùng hợp nhũ tương oxyhóa của thiophene trong môi trường nước với mộtloạt các xúc tác là muối đồng (II) với sự hiện diệncủa SDS là chất hoạt động bề mặt và H Kết quả cho thấy muối đồng khác nhau có ảnh2O 2.hưởng khá rõ ràng về vận tốc trùng hợp cũng nhưhình thái và tính chất của polythiophene. Việc sửdụng các muối Cu(II) như CuCl2, CuSO4 vàCu(NO3)2 làm chất xúc tác giúp phản ứng có thể đạtđược hiệu suất cao và các hạt polythiophene tạo ra cóhình cầu với kích thước nano. Ngược lại, khi sử dụngmuối CuBr2làm xúc tác thì polythiophene thu đượccó hình thái bất thường và hiệu suất phản ứng cũngrất thấp. Mặt khác khi doping bằng I2 thìpolythiophene với các chất xúc tác CuCl2, CuSO4 vàCu(NO3)2 cũng cho độ dẫn, độ bền nhiệt cao hơn sovới khi dùng xúc tác CuBr2 [1].Ứng dụng của polythiophene vào OLEDCấu trúc OLEDTấm nền (substrate) – làm từ nhựa trong, thủy tinh,… Tấm nền có tác dụng chống đỡ cho OLED.Anode (trong suốt) – anode sẽ lấy đi các electron(hay tạo ra các lỗ trống mang điện dương) khi có mộtdòng điện chạy qua thiết bị.Các lớp hữu cơ – các lớp này được tạo thành từ cácphân tử hữu cơ hay polymer.Lớp dẫn (conductive layer) – lớp này được làm từ cácphân tử hữu cơ dẻo có nhiệm vụ truyền tải các lỗtrống từ anode. Một polymer dẫn được sử dụng tr ...