Síntese e caracterização físico-química e eletroquímica de materiais poliméricos derivados do tiofeno ß-substituído para aplicação em dispositivos optoeletrônicos

• Autor(a) principal: Marcos Roberto de Abreu Alves
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-979PL9
• topic: Copolímeros; Materiais poliméricos; Nanocompósitos; Nanotubos de carbono; Eletrônica orgânica; Grafeno; Físico-química; Fotoluminescência; Nanotubos de carbono; Polímeros conjugados

Este trabalho apresenta o estudo de materiais poliméricos com propriedades promissoras para aplicação na área de eletrônica orgânica. O polímero poli(3-metoxitiofeno) (PMOT) e seus copolímeros com 3- tiofenometanol, 3-tiofenoetanol e ácido 3-tiofenocarboxílico foram eletrossintetisados e tiveram suas propriedades espectroeletroquímicas estudadas (tempo de resposta, eficiência eletrocrômica e contraste óptico). Todos os polímeros apresentaram variação reversível de sua cor entre azul (estado oxidado) e laranja (estado reduzido). Foi realizado um estudo detalhado da influência do transporte de massa durante a eletropolimerização do 3-metoxitiofeno e um estudo eletroquímico, por voltametria cíclica, do poli(3-metoxitiofeno) empregando-se diferentes eletrólitos, nos quais medidas simultâneas de efeito miragem e microbalança de quartzo foram feitas. Tal estudo permitiu avaliar a influência que o cátion possui nas propriedades eletroquímicas tanto do monômero quanto do polímero. Além disso, observou-se um comportamento anômalo do polímero sintetizado e estudado na presença do íon potássio (K+) quando comparado aos demais. A reversibilidade eletroquímica dos polímeros obtidos também foi avaliada frente aos diferentes eletrólitos e foi possível observar a influência da espessura do filme polimérico nas propriedades eletroquímicas. Nanocompósitos de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) e nanotubos de carbono multicamadas (multi-walled carbon nanotubes (MWCNT)) foram preparados "in situ" por meio da polimerização oxidativa na presença de 8% e 16% (m/m) de MWCNT. Os nanocompósitos foram solúveis em solventes orgânicos comuns, formando solução de cor laranja escuro e filmes autossustentáveis (espessura > 1 µm). As análises de RMN de 1H mostram que as amostras apresentam ligações químicas predominantes entre os monômeros do tipo cabeça-calda (head-to-tail) (H-T) e IV-ATR, indicando uma discreta interação entre a cadeia polimérica e os nanotubos. As amostras absorvem na região do violeta e apresentam emissão intensa e visível a olho nu na região do laranja. A morfologia e o comportamento térmico também foram investigados. As imagens de MEV mostraram que os nanotubos estão envolvidos pelo polímero. O perfil eletroquímico foi determinado em diferentes velocidades de varredura. Estudos de espectroeletroquímica também foram realizados, onde se verificou uma significativa redução do tempo de resposta de oxidação (t) para os polímeros na presença de nanotubos; P3HT puro possui t de 6,2 s, enquanto que o nanocompósito com 16% (m/m) de MWCNT possui t de 1,2 s. A síntese do poli(3-dodeciltiofeno) e a preparação de nanocompósitos com nanofolhas de grafeno também foram realizadas. Os nanocompósitos foram caracterizados pelas técnicas espectroscópicas usuais evidenciando a regiorregularidade do polímero e as interações entre a estrutura polimérica e a carga nanoestruturada. O comportamento eletroquímico e óptico foram avaliados. Observou-se um aumento discreto da reversibilidade do processo redox, identificado pela diminuição da diferença entre o potencial de oxidação e redução. Foi também verificada a possibilidade das nanofolhas de grafeno atuarem como armadilha de elétrons.