Liquid crystalline hexabenzocoronenes as organic molecular materials - synthesis, characterization and application

Abstract

Die vorliegende Arbeit 'Liquid Crystalline Hexabenzocoronenes as Organic Molecular Materials - Synthesis, Characterization and Application' war durch drei Schwerpunkte definiert:1. Verbesserung der Synthese von Hexabenzocoronen Derivaten mit sechsfacher Alkyl-Substitution,2. Entwicklung von molekularen Materialien mit verbesserten Eigenschaften wie zum Beispiel Löslichkeit und Verarbeitbarkeit,3. Einsatz der entwickelten Moleküle in optoelektronischen Bauteilen wie zum Beispiel organischen Solarzellen und Feld-Effekt-Transistoren.Mit Hilfe einer neuen Syntheseroute ist es gelungen Aryl-Aryl und Aryl-Alkyl Kupplungen sehr spät in der Reaktionssequenz von Hexabenzocoronenen einzusetzen. Dies führte zu einer Vielzahl substituierter HBC Derivate. Die Einführung eines Phenyl Spacers zwischen den HBC Kern und die äußeren Alkylketten, wie zum Beispiel in HBC-PhC12, hatte eine Vielzahl positiver Effekte wie dramatisch verbesserte Löslichkeit und Flüssigkristallinität bei Raumtemperatur zur Folge. Die Kombination dieser Phänomene ermöglichte die Bildung hochgeordneter Filme, welche sehr wichtig für den Einsatz in organischen Bauelementen sind. Mit Hilfe von STM Techniken an der Fest-Flüssig Phasengrenze wurden hochgeordnete 2-D Strukturen der HBC Moleküle gefunden. Die Kombination von extrem hoher kolumnarer Ordnung, bestimmt mit Hilfe der Festkörper NMR Spektroskopie, mit einer konstant hohen Ladungsträgerbeweglichkeit, führte zu dem sehr erfolgreichen Einsatz von HBC-PhC12 in organischen Solarzellen.

The aim of the present work 'Liquid Crystalline Hexabenzocoronenes as Organic Molecular Materials - Synthesis, Characterization and Application' was defined by three different topics:1. Improvement of the synthesis leading to hexabenzocoronene derivatives with six-fold alky substitution,2. Design and development of molecular materials with improved properties such as solubility and processability,3. Implementation of the obtained molecules in optoelectronic devices such as organic solar cells and field effect transistors.By a new synthetic protocol it was possible to undertake aryl-aryl and aryl-alkyl coulpings very late in the reaction sequence leading to a large variety of substituted HBC derivatives. The introduction of a phenyl spacer between the HBC core and the pending alkyl chains as in HBC-PhC12 had a number of beneficial effects such as dramatically increased solubility and liquid crystallinity at room temperature which ensured the formation of highly ordered films necessary for the implementation in organic molecular devices. By STM measurements at the solid-liquid interface highly organized 2-D structures were found and reported. Combination of increased intra-columnar order, probed by solid state NMR techniques, and almost constant charge carrier mobility over a large temperature regime (-50 to 200°C) lead to the utilization of HBC-PhC12 in organic solar cells.