Publication

Hydrogen-Bonded Small Molecules and Polymers in Organic Electronics

Bilal Özen
2020
Thèse EPFL
Résumé

Organic semiconductors are important components for applications in different fields of technology, as their advantages include the possibility of low-temperature processing as well as low-cost, large-area manufacturing based on solution-based processes, compared with inorganic counterparts. These organic materials are based on pi-conjugated molecules whose arrangements across different length scales in bulk materials are an important factor that determines their macroscopic optoelectronic properties. However, the control of their complex microstructure and morphology at the nanoscale remains challenging. In the present thesis, we investigated the use of amide hydrogen bonding as an additional structural motif to control the arrangement of pi-conjugated molecules in bulk across different length scales. In the first part, we prepared a series of hydrogen-bonded, amide-functionalized oligothiophenes together with their non-hydrogen-bonded ester analogues and studied in detail the resulting structure-property relationships. Our results showed that hydrogen-bonded bithiophenes and quaterthiophenes induced a tighter packing of the molecules as compared to their non-hydrogen-bonded analogues, resulting in a larger pi-overlap. Moreover, hydrogen bonding provided an additional driving force for a preferred formation of layered structures resulting in crystalline thin films with large domain sizes. Both of these factors resulted in an excellent performance of the thin films in field-effect transistors that is on par with that of single-crystals of related quaterthiophene derivatives. In the second part, we extended the scope to polymer semiconductors. To this end, we designed and synthesized a series of polyamides that make use of bithiophene and perylene bisimide cores as model repeat units to provide optoelectronic functionality. We have studied in detail the synergistic interplay of hydrogen bonding and pi-pi interactions and their role for the resulting materials' microstructure. As a result, we found that these materials exhibited microscopic structures similar to those of industrial-grade polyamides, providing comparable thermoplastic properties. In addition, these materials showed significant charge carrier mobility. This study may, therefore, pave the way towards polyamide-based semiconductors, with a synergistic interplay of interchain hydrogen bonding and pi-pi stacking rendering them suitable for applications in which both mechanical and optoelectronic properties play an important role.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (35)
Liaison hydrogène
vignette|Liaison hydrogène entre des molécules d'eau. La liaison hydrogène ou pont hydrogène est une force intermoléculaire ou intramoléculaire impliquant un atome d'hydrogène et un atome électronégatif comme l'oxygène, l'azote et le fluor. L'intensité d'une liaison hydrogène est intermédiaire entre celle d'une liaison covalente et celle des forces de van der Waals (en général les liaisons hydrogène sont plus fortes que les interactions de van der Waals).
Hydrogène
Lhydrogène est l'élément chimique de numéro atomique 1, de symbole H. L'hydrogène présent sur Terre est presque entièrement constitué de l'isotope H (ou protium, comportant un proton et zéro neutron) et d'environ 0,01 % de deutérium H (un proton, un neutron). Ces deux isotopes de l'hydrogène sont stables. Un troisième isotope, le tritium H (un proton, deux neutrons), instable, est produit dans les réactions de fission nucléaire (réacteurs nucléaires ou bombes).
Semi-conducteur organique
vignette|Molécules de quinacridone (semi-conducteur organique) adsorbées sur une surface de graphite. Un semi-conducteur organique est un composé organique, sous la forme d'un cristal ou d'un polymère, qui montre des propriétés similaires aux semi-conducteurs inorganiques. Ses propriétés sont la conduction par les électrons et les trous, ainsi que la présence d'une bande interdite. Ces matériaux ont donné naissance à l'électronique organique, ou électronique des plastiques.
Afficher plus
Publications associées (117)

Switching the on-surface orientation of oxygen-functionalized helicene

Christian Wäckerlin, Karl-Heinz Ernst, Jan Voigt

Helicenes represent an important class of chiral organic material with promising optoelectronic properties. Hence, functionalization of surfaces with helicenes is a key step toward new organic materials devices. The deposition of a heterohelicene containin ...
Hoboken2024

Drift-Diffusion Simulations of Charge Transport and Trap Dynamics in Organic Semiconductor Materials

Camilla Arietta Vael-Garn

Polymeric semiconductors have gained significant attention in the field of organic electronics due to their unique properties and potential applications. Through their ability to transport charge carriers and to absorb or emit light, they have attracted mu ...
EPFL2023

Data-Driven Discovery of Organic Electronic Materials Enabled by Hybrid Top-Down/Bottom-Up Design

Rubén Laplaza Solanas, Sergio Vela Llausi, Jacob Terence Blaskovits

The high-throughput exploration and screening of molecules for organic electronics involves either a 'top-down' curation and mining of existing repositories, or a 'bottom-up' assembly of user-defined fragments based on known synthetic templates. Both are t ...
Weinheim2023
Afficher plus
MOOCs associés (6)
Micro and Nanofabrication (MEMS)
Learn the fundamentals of microfabrication and nanofabrication by using the most effective techniques in a cleanroom environment.
Microstructure Fabrication Technologies I
Learn the fundamentals of microfabrication and nanofabrication by using the most effective techniques in a cleanroom environment.
Micro and Nanofabrication (MEMS)
Learn the fundamentals of microfabrication and nanofabrication by using the most effective techniques in a cleanroom environment.
Afficher plus

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.