Authors:	Wasserfallen, Daniel
Title:	Synthetical engineering of supramolecular properties of large polycyclic aromatic hydrocarbons
Online publication date:	16-Jun-2006
Year of first publication:	2006
Language:	english
Abstract:	An important property for devices is the charge-carrier mobility values for discotic organic materials like hexa-peri-hexabenzocoronenes. A close relation exists between the degree of their columnar self-arrangement of the molecules and their mobilities. Within this first step an induction of a higher order via hydrogen-bonding was considered, which mainly pointed towards the improvement of the intracolumnar stacking of the materials. For the analytics a broad range of methods was used including differential scanning calorimetry (DSC), wide-angle X-ray diffractometry (WAXS), solid-state NMR spectroscopy and scanning tunneling microscopy (STM). Indeed, a specific influence of the hydrogen-bonds could be identified, although in several cases by the cost of a severe reduction of solubility and processability. This effect was dampened by the addition of a long alkyl chain next to the hydrogen-bond exerting functional group, which resulted in an improved columnar arrangement by retention of processability. In contrast to the before mentioned example of inducing a higher intracolumnar order by hydrogen-bonding, the focus was also be set upon larger aromatic systems. The charge-carrier mobility is also in close relation to the size of the aromatic core and larger π-areas are expected to lead to improved mobilities. For photovoltaic applications a high extinction coefficient over a broad range of the spectrum is favorable, which can also be achieved by enlarging the aromatic core component. In addition the stronger π-interactions between the aromatic core components should yield an improved columnar stability and order. However the strengthening of the π-interactions between the aromatic core components led to a reduction of the solubility and the processability due to the stronger aggregation of the molecules. This required the introduction of efficiently solubilizing features in terms of long alkyl chains in the corona of the aromatic entity, in combination of a distortion of the aromatic core moiety by bulky tert-butyl groups. By this approach not only the processing and cleaning of the materials with standard laboratory techniques became possible, but moreover the first structure-rich UV/vis and a resolved 1H-NMR spectra for an aromatic system two times larger than hexa-peri-hexabenzocoronene were recorded. The bulk properties in an extruded fiber as well as on the surface showed a columnar self-assembly including a phase in which a homeotropic alignment on a substrate was observed, which turns the material into an interesting candidate for future applications in electronic devices. Eine wichtige Eigenschaft für zukünftige Applikationen auf dem Gebiet der organischen elektronischen Schaltkreise ist die Mobilität von Ladungsträgern innerhalb des eingesetzten Materials. Bei diskotischen Materialien besteht eine enge Beziehung zwischen der intrakolumnaren Ordnung und den Mobilitäten. Im ersten Schritt wurden funktionelle Gruppen am Rand der starren aromatischen Scheibe, um mittels der unterstützenden Wirkung der H-Brückenbildung die kolumnare Ordnung zu erhöhen. Die Auswirkungen der H-Brückenbildung wurde mithilfe von Differentialkalorimetrie (DSC), Weitwinkel X-ray Diffraktometrie (WWXD), Festphasen-NMR und Rastertunnelmikroskopie (STM) untersucht. Es wurde ein nachhaltiger Effekt auf die supramolekularen Eigenschaften der Materialien festgestellt. Leider gingen diese Effekte in den meisten Fällen einher mit einer starken Reduktion der Prozessierbarkeit. Um die Prozessierbarkeit wiederzuerlangen, verringerte man den starken Einfluss der H-Brücken, indem man an die funktionelle Gruppe zusätzlich eine lange Alkylkette anfügte. Anstelle einer Verstärkung der Ordnung durch die Einführung von H-Brücken bei diskotischen Materialien, ist es unter anderem möglich die aromatische Kernstruktur zu vergrössern. Die Ladungsträgermobilitäten sind auch abhängig von der Grösse dieses aromatischen Kerns. Zudem führt dies zu einer Verstärkung der intermolekularen -Wechselwirkungen und somit zu einer verbesserten intrakolumnaren Ordnung. Dies geht aber wiederum einher mit einer Reduktion der Prozessierbarkeit. Aus diesem Grund wurden für ein grosses aromatisches System diverse löslichkeitsvermittelnde Konzepte eingeführt. Dies beinhaltete den Einsatz von langen Alkylketten am Rand des starren aromatischen Grundgerüsts, sowie dessen Verformung durch sterisch anspruchsvolle tert-Butylgruppen. Dieses Material ermöglichte die Aufnahme eines differenzierten UV/vis Spektrums sowie des ersten aufgelösten 1H NMR für ein aromatisches System solcher Grösse. Die Untersuchungen zu den Festkörper-Eigenschaften ergaben eine kolumnare Anordnung der Scheiben in einer extrudierten Faser, sowie eine thermische Phase, in der sich das Material homöotrop zu der Substratoberfläche ausrichtete. Aufgrund dieser Eigenschaften ist dieses Material ein interessanter Kandidat für einen zukünftigen Einsatz in elektronischen Bauelementen.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3544
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-10138
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen