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Nichtkonjugierte acenhaltige Polymere durch Ringöffnende Metathesepolymerisation

Porz, Michael

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PDF, German (Dissertation) - main document
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Abstract

Acene sind in der organischen Elektronik weit verbreitet, da sie die erforderlichen molekularen elektronischen Eigenschaften mit einer bevorzugten Festkörperstruktur verbinden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es Pentacen- und Tetracenderivate in Polymere aus der ringöffnenden Metathesepolymerisation (ROMP) zu integrieren, um so neue n-halbleitende Materialien für flüssigprozessierte Dünnschichttransistoren zu erhalten. Es wurden pentacenhaltige Polymere mit verschiedenen Verknüpfungen zwischen Polymer-rückgrat und Acenen hergestellt und ihre Eigenschaften u.a. durch die Verwendung in elektronischen Bauteilen untersucht. Alle pentacenbasierten Polymere bilden nach der Rotationsbeschichtung amorphe Filme, die in Dünnschichttransistoren für amorphe Materialien typische Lochmobilitäten von 10^-6–10^-5 cm^2/Vs aufwiesen. Durch die Variation der Verknüpfung von Polymerrückgrat und Pentacen konnte innerhalb dieser Serie die Mobilität mehr als vervierfacht werden. Die pentacenhaltigen Monomere wurden hinsichtlich ihrer Festkörperstruktur untersucht. Für TIPS-Pentacen führt die Susbtitution eines Isopropylrestes der Triisopropylsilylgruppe durch Norbornadien zu einem verbesserten Kristallwachstum, wohingegen diese Substition für TIPS-Tetraazapentacen negative Folgen hat. Dünnschichttransistoren mit der Pentacenverbindung zeigten hohe Lochmobilitäten bis zu 1 cm2/Vs. Aufgrund der kleinen kristallinen Domänen wurden jedoch für das Tetraazapentacenderivat nur geringe Elektronenmobilitäten bis zu 10^-3 cm^2/Vs gemessen. Ein tetracenbasiertes Polymer konnte in eine organsiche Leuchtdiode (OLED) integriert werden und zeigte eine höhere Lichtausbeute von L = 0.06 cd/A (7 V), verglichen mit L = 0.01 cd/A (12 V) für eine ähnliche OLED mit Triisopropylsilylethinyl-(TIPS)-tetracen. Diese Verbesserung wird durch die amorphe Struktur des emittierenden Polymerfilms verursacht. Unterschiedlich substituierte Teracene und Diazatetracene der Monomersynthesen wurden genutzt um Effekte auf die Festkörperstruktur und die optischen Eigenschaften zu untersuchen. Für TIPS-Dibrom- und TIPS-Diioddiazatetracen wurden in ihren Kristallen schwache Halogen-Stickstoff-Bindungen gefunden, die das Packungsmotiv beeinflussen. Im Gegensatz zu dem für TIPS-Diazatetracene typischen Ziegelmauermotiv, wurden für die Dihalodiazatetracene Fischgrätenmuster gefunden. Mit dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Acene in ROMP-Polymere für organische elektronische Bauteile integriert werden können. Durch die Variation der Verbindung zwischen Acen und Polymer und/oder durch Variation der Acene wurden vielversprechende Materialien zugänglich. Zudem konnten die Vorläufermoleküle der Monomere genutzt werden um gewünschte Festkörperstrukturen von Pentacen- und Tetracenderivaten zu erzeugen

Translation of abstract (English)

Acenes are widely used in organic electronics as they combine both the required molecular electronic properties with a favorable crystalline packing. Aim of this work was to connect pentacene and tetracene derivatives with polymers made by ring opening metathesis polymerization (ROMP) to furnish novel n-type semiconducting materials for solution processed thin film transistors (TFT). Pentacene containing polymers with different linkers between polymer backbone and acene were synthesized and their properties examined by integration in TFTs. All pentacene based polymers formed amorphous films after processing by spin coating. As typical for amorphous materials, the polymers showed hole mobilities of 10^-6–10^-5 cm^2/Vs. By varying the linker between the polymer backbone and pentacene the hole mobility could be quadruplicated within this series of polymers. Pentacen based monomers were examined with regard to their crystal packing. For TIPS-pentacene the substitution of one isopropyl by norbornadiene in the triisopropylsilyl group leads to improved crystal growth, whereas the substitution in TIPS-tetraazapentacene produced a negative effect. Thin film transistors of the pentacene compound showed high hole mobilities of up to 1 cm^2/Vs. However, due to its small crystalline domains low electron mobilities of up to 10^-3 cm^2/Vs were measured for the tetraazapentacene derivative. A tetracene based polymer was integrated in an organic light emitting diode (OLED) and emitted with a current efficiency L = 0.06 cd/A (7 V) as compared with L = 0.01 cd/A (12 V) for a similar device comprised of triisopropylsilyl-(TIPS)-tetracene. This increase is attributed to the amorphous nature of the emitting polymer film. Differently substituted tetracene and diazatetracene precursors were used to examine effects on the solid state order and optical behavior. For TIPS-alkynylated dibromo- and diiodo-diazatetracene, weak halogen−nitrogen bonds were detected in the crystalline state, influencing the packing motif. In contrast to the brick wall motif, typical for TIPS-alkynylated diazatetracenes, a herringbone motif was found for the dihalodiazatetracenes. In conclusion, this work shows that acenes can be integrated in ROMP-polymers for organic electronic devices. By varying the connection between acene and polymer backbone and/or varying the acenes, promising materials became available. Furthermore, the precursor molecules could be used to induce desired solid state order of pentacene and tetracene derivatives.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bunz, Prof. Dr. Uwe
Date of thesis defense: 29 January 2015
Date Deposited: 10 Mar 2015 09:37
Date: 2015
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institute of Organic Chemistry
Subjects: 540 Chemistry and allied sciences
Controlled Keywords: Norbornadien, Metathesepolymerisation, Pentacene, Tetracene
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