Caracterização elétrica de eletrólitos poliméricos

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)Polieletrólitos são macromoléculas que possuem cargas ligadas ao longo de sua cadeia polimérica, podendo ser poliânions (cargas negativas) ou policátions (cargas positivas). Na sua grande maioria são solúveis em água e constituem uma classe de materiais onde são dissolvidos sais em matrizes poliméricas, geralmente contendo heteroátomos (-O, -S, -N, -P), sendo que os íons no interior da matriz apresentam mobilidade sob a ação de um campo elétrico externo. Os polieletrólitos, também conhecidos como polímeros condutores iônicos, apresentam interesse especial por causa de suas aplicações eletroquímicas. São propícios para aplicações em dispositivos, tais como: baterias com anodo de lítio; células eletrocrômica; supercapacitores e sensores (de íons e de gases). Este trabalho tem como objetivo a investigação de diferentes polieletrólitos visando a possível aplicação em dispositivos de memória não volátil. Os materiais estudados neste trabalho são: PVA (Poli Vinil Álcool), PSS-H (poliestireno sulfônico na forma ácida), PSS-Na (poliestireno sulfônico na forma sódica), PTHT (poli (cloreto de tetrahidrotiofeno de xililideno)), MPSPPV (Poli [5-metoxi-2-(3-sulfopropoxy) -1,4-fenileno vinileno] solução de sal de potássio), PANI (polianilina), PAH (poli(cloreto de alilamina)), PEG (polietilenoglicol), PE-b-POE (polietileno-bloco-poli(etileno glicol)), POMA (poli(o-metoxianilina)) e PMMA (poli(metacrilato de metila)). Os materiais foram processados na forma de filmes finos pela técnica de casting sobre substratos de FTO (Óxido de estanho dopado com flúor). A caracterização elétrica dos materiais estudados foi feita através de medidas de corrente versus tempo e corrente versus tensão no Instituto de Física da Universidade Federal de Uberlândia. Os polieletrólitos PSS-H, PSS-Na, MPS-PPV, PTHT e PVA apresentam uma histerese característica de materiais ferroelétricos. Enquanto que os outros polímeros e polieletrólitos PEG, PMMA, PANI, PAH, PE-b-POE e POMA não mostram resultados significantes. Estes resultados demonstram que o tipo de polieletrólito e seu empacotamento são cruciais para a observação de um efeito do tipo ferroeletricidade em polieletrólitos

Influência de parâmetros físicos no desempenho de PLEDs

Scientific research to development of new film production techniques with good physical properties is of great importance to research areas such as organic electronics. However, the implications caused by electric field, temperature and positive pressure on organic materials is an important point to be understood in order to avoid problems in the emission efficiency of polymer light emitting diodes (PLEDs). Understand and clarify the effects of electrode/polymer and polymer/polymer interfaces as well as the application of external pressure on the optical and electrical stability of the devices are essential steps towards understanding, and consequently the development of devices with better performances.1 In this sense, this study we investigated the effects of external processes such as: electric field, temperature and external pressure on the emission efficiency poly (2- methoxy-5- (2'-ethyl-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV) film in PLED structure. It was possible to correlate the photoluminescence (PL) depends for different laser polarization (linear or circular), on the polarization voltage (forward and reverse) and on MEH-PPV molecular ß-relaxation (Tß~ 220K) and α-relaxation (Tα ~ 330K) temperatures. Furthermore, we investigated the effects induced by application of positive pressure on device at next temperature Tß MEH-PPV, it showing a break in the symmetry of amorphous film of MEH-PPV spin-coated, the effect can be avoided by annealing treatment the device (T> Tg) or altering the polymer/polymer interface. We also investigated the effect of electric field in the thermal stability of PLED device based on light-emitting polymer poly[(9,9-dihexyl-9H- fluorene-2,7diyl)-1,2-ethenediyl-1,4-phenylene-1,2-ethenediyl] (LAPPS16) as active layer. We showed that profiles of the photoluminescence and electroluminescence spectra are similar, showing that mechanisms involved in the generation of excited states do not significantly change the radiative recombination process. However, despite they have the same photophysical process, we showed that non-radiative processes thermally activated are quite different between the PL and EL, demonstrating that these two emission processes are not directly related. Finally, we performed optical and electrical characterization of thin films, transparent and flexible copper selenide (Cu2-xSe) demonstrating that it is possible its application as hole injector electrode for PLEDs devices exhibiting good properties, being obtained through simple techniques at low cost. Emitting diodes were processed using the Cu2-xSe as anode electrode and as active layer we use the MEH-PPV polymer. We showed that Cu2-xSe film exhibited good electrical stability with sheet resistance values of ~148 Ω/□ and bandgap energy of ~2,3eV, whose values are suitable for applications in electronic devices. We also showed through photoluminescence and electroluminescence that Cu2-xSe films have emission properties and by PLEDs using Cu2-xSe as electrode, we investigated the energy barrier for charge carriers at electrode/polymer interface and we analyzed charge transport mechanisms present in these devices.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorFundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTese (Doutorado)Na investigação científica, o desenvolvimento de novas técnicas de produção de filmes com boas propriedades físicas é de grande importância para áreas de pesquisas como a eletrônica orgânica. No entanto, as implicações causadas por campo elétrico, temperatura e pressão positiva em materiais orgânicos constitui um dos pontos importantes a serem bem compreendidos a fim de evitar problemas na eficiência de emissão em diodos emissores de luz poliméricos (PLEDs). Entender e esclarecer os efeitos de interfaces eletrodo/polímero e polímero/polímero, bem como também a aplicação de pressão externa sobre a estabilidade óptica e elétrica dos dispositivos são passos essenciais para a compreensão, e consequentemente desenvolvimento de dispositivos com melhores desempenhos.1 Por este ângulo, neste trabalho investigamos os efeitos de processos externos como: campo elétrico, temperatura e pressão externa sobre a eficiência de emissão do polímero poli(2-metoxi-5-(2'- etil-hexiloxi)-1,4-fenilenovinileno) (MEH-PPV) em filme na estrutura de PLED. Foi possível correlacionar a dependência da fotoluminescência (PL) para diferentes polarizações do laser (linear ou circular), polarização da tensão aplicada (direta ou reversa) e sobre as temperaturas de relaxação molecular (Tß ~220K e Tα ~330K). Além disso, foram investigados os efeitos induzidos pela aplicação de pressão positiva sobre o dispositivo na temperatura próximo da Tß do MEH-PPV, demonstrando uma quebra na simetria de filme amorfo de MEH-PPV spin- coated, cujo efeito pode ser evitado através de tratamentos de annealing dos dispositivos (T > Tg) ou alterando a interface polímero/polímero. Também investigamos o efeito do campo elétrico na estabilidade térmica de dispositivo PLED utilizado o polímero luminescente poli(9,9'-n-dihexil-2,7-fluorenodiilvinileno-alt-1,4-fenilenovinileno) (LAPPS16) como camada ativa. Demonstramos que os perfis dos espectros da fotoluminescência e eletroluminescência são semelhantes, mostrando que os mecanismos envolvidos na geração dos estados excitados não mudam significativamente o processo de recombinação radiativa. No entanto, apesar de terem o mesmo processo fotofísico, mostramos que os processos não radiativos ativados termicamente são bastante diferentes entre a PL e EL, demonstrando que esses dois processos de emissão não são diretamente relacionados. Por fim, realizamos caracterizações ópticas e elétricas de filmes finos, transparentes e flexíveis de seleneto de cobre (Cu2-XSe) demonstrando que é possível sua aplicação como eletrodo injetor de buraco em dispositivos PLEDs apresentando boas propriedades, sendo obtidos através de técnicas simples e de baixo custo. Os diodos emissores foram processados utilizando o Cu2-XSe como eletrodo ânodo e como camada ativa utilizamos o polímero MEH-PPV. Demonstramos que o filme de Cu2-xSe apresentou boa estabilidade elétrica com valores de resistência de folha de ~148 Ω/❑ e energia de bandgap de ~2,3eV, cujos valores são propícios para aplicações em dispositivos eletrônicos. Também mostramos via fotoluminescência e eletroluminescência que os filmes de Cu2-xSe possuem propriedades de emissão e através dos PLEDs utilizando o Cu2- xSe como eletrodo investigamos a barreira de energia para os portadores de carga na interface eletrodo/polímero e analisamos os mecanismos de transportes de cargas presentes nestes dispositivos

Aplicação de novos materiais em transistores de efeito de campo ferroelétricos

In this work, we investigated the electrical properties of the polyelectrolyte PSS in its sodium form (PSS-Na, Polystyrene sulfonic in the sodium form) and acid form (PSS-H, polystyrene sulfonic in the acid form) and also doped with Fe3+ for application in Ferroelectric Field Effect Transistors (Fe-FET). The PSS-Na was acquired from Aldrich® and PSS-H was obtained through an ion exchange using the PSS-Na. The Fe(PSS)3 was obtained by adding Fe(OH)3 in solution of PSS-H. The films were deposited on FTO (tin oxide doped with fluorine) with a JFET layout-type on substrate of glass. The deposition technique used was the casting. Samples were also processed in the form of FTO/polyelectrolyte/FTO for the study of capacitance. The characterization was performed by cyclic voltammetry in solution, laser interferometry, current versus time, current density versus function of electric field applying a gate voltage, transfer curve (ID x VG) with fixed drain voltage (VD). Electrical characterizations show that the sample PSS-Na showed capacitance values of ~ 1000 times smaller than the other samples, which gives a smaller charge storage capacity compared with PSS-H and Fe(PSS)3. The Fe(PSS)3 showed higher value of dielectric permittivity. Only PSSH and Fe(PSS)3 showed ferroelectric behavior, exhibiting the former in a more characteristic curve. The PSS-Na did not show polarization dipoles, while PSS-H and Fe(PSS)3 showed peak polarization dipoles and NDR areas (Negative Differential Resistance). The application of negative gate voltage (VG) causes a significant increase in the drain current (ID), while a positive voltage causes a narrowing of the conductor channel, reducing the ID. PSS-Na did not show on state (highest conductivity) and off state (lower conductivity) due the absence of permanent polarization properties. However, PSS-H and Fe(PSS)3 showed distinction between the two states. Only the Fe(PSS)3 showed the property of retention of data. The on and off states of PSS-H e Fe(PSS)3 are not defined for positive gate voltage due the fact that the device behaves as a Bipolar Junction Transistor. This fact lead us to believe that the devices function as memory only for negative gate voltages. The samples showed low values of mobility, giving them a low speed of response with application of external electric field. Finally, the layout worked showed propitious for study of electrical properties of materials and the Fe(PSS)3 samples showed the best parameters for applications in devices like Fe-FET.Universidade Federal de UberlândiaMestre em FísicaNeste trabalho, foi feito um estudo das propriedades elétricas do polieletrólito PSS na forma sódica (PSS-Na - poliestireno sulfônico na forma sódica), ácida (PSS-H - poliestireno sulfônico na forma ácida) e Fe3+, com o objetivo de aplicação em transistores de efeito de campo ferroelétrico (Fe-FET). O PSS-Na foi adquirido da Aldrich® e o PSS-H foi obtido utilizando uma coluna de troca iônica contendo a resina catiônica Amberlite IRA-120, também adquirido da Aldrich. O Fe(PSS)3 foi obtido adicionando Fe(OH)3 na solução de PSS-H. Os filmes foram depositados sobre FTO (óxido de estanho dopado com flúor) com layout do tipo JFET em substrato de vidro (BK7). A técnica de deposição utilizada foi a casting com L da solução do material e evaporado em estufa a vácuo. Amostras foram também processadas na forma de FTO/polieletrólito/FTO para estudo da capacitância. As caracterizações foram realizadas através de voltametria cíclica em solução, Interferometria a laser, corrente em função do tempo, densidade de corrente em função do campo, corrente em função da tensão aplicando uma voltagem de gate, curva de transferência (ID x VG) com tensão de dreno (VD) constante. Através das caracterizações elétricas realizadas pode-se notar que a amostra de PSS-Na apresentou um valor de capacitância da ordem de 1000 vezes menor que as outras amostras, o que lhe confere uma menor capacidade de armazenamento de carga comparando com o PSS-H e Fe(PSS)3. O Fe(PSS)3 apresentou maior valor de permissividade dielétrica. Somente PSS-H e o Fe(PSS)3 apresentaram comportamento ferroelétrico, sendo o último com uma curva mais característica. O PSS-Na não apresentou processos de polarização de dipolos, enquanto que o PSS-H e o Fe(PSS)3 apresentaram picos de polarização de dipolos e regiões de NDR (Negative Differential Resistance). A aplicação de uma tensão de gate negativa ocasiona um aumento significativo na corrente de dreno, enquanto que para tensões positivas ocasionam o estreitamento do canal condutor, reduzindo a corrente de dreno. A amostra de PSS-Na não apresentou estados on (de maior condutividade) e off (de menor condutividade), devido a ausência de propriedades de polarização permanente. Já o PSS-H e o Fe(PSS)3 apresentaram distinção entre os dois estados. Somente o Fe(PSS)3 apresentou propriedade de retenção de dados. Os estados on e off do PSS-H e Fe(PSS)3 não foram definidos para os potenciais de gate positivos devido ao fato que o dispositivo se comporta como um transistor de junção bipolar. Este fato conduz a conclusão que os dispositivos só funcionam como memória para tensões de gate negativo. As amostras apresentaram valores de mobilidade baixos, conferindo a elas uma menor velocidade de resposta com a aplicação do campo elétrico externo. Finalmente, o layout trabalhado se mostrou propício para ser utilizado em estudo de propriedades elétricas de materiais, e a amostra de Fe(PSS)3 apresentou melhores parâmetros para aplicações em dispositivos do tipo Fe-FET