Characterization of pyrrole and thiophene containing polymers and their copolymers

Pirol ve tiyofen içeren polimer ve kopolimerlerin karakterizasyonu

Tez No: 126632
Yazar: GÜRSEL SÖNMEZ
Danışmanlar: PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
Tez Türü: Doktora
Konular: Kimya, Chemistry
Anahtar Kelimeler: Elektrokimya, Kopolimerler, Pirol, Renk ölçümü, Tiyofen, Electrochemistry, Copolymers, Pyrrole-2,3-dione, Colorimetry, Thiophene
Yıl: 2002
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

PİROL VE TİYOFEN İÇEREN POLİMER VE KOPOLİMERLERİN KARAKTERİZASYONU ÖZET 1977 yılında Shirakawa, Heeger ve MacDiarmaid tarafından konjuge polimerlerde elektrik iletkenliğinin ilk raporunu takiben iletken polimerler binlerce akademik ve endüstriyel araştırmacının ilgisini çekmiştir. İletken poimerler, kimyasal veya elektrokimyasal yollarla hazırlanabilirler. Bugüne kadar hazırlanan birçok iletken polimer asasında ise polipirol en fazla çalışılanıdır. Polipirol için bu çılgınlığın sebebi; pirol monomerinin kolay oksitlenebilmesi, suda çözünüyor olması ve ticari olarak bulunabilmesi gerçeğidir. Buna ek olarak, polipirol açıkhavadaki kararlılığı, iyi redoks özellikleri ve yüksek elektrik iletkenliği gibi birtakım avantajlar gösterir. Polipirolün intirinsik özellikleri, elektrokimyasal polimerizasyon şartlarına çok bağlıdır. Bundan dolayı, polimerin elektriksel depolanmasındaki mekanizmanın aşamalarının anlaşılması özel bir öneme sahiptir. Mekanizmanın anlaşılması ile, daha iyi kimyasal ve elektrokimyasal özellikler gösteren polipirol filmlerinin eldesi kontrol edilebilir. Herhangi bir monomerin elektropolimerizasyonunu etkileyen, monomerin sübsütüsyonu, elektrolit, çözücü, pH, elektrokimyasal metod, sıcaklık gibi bir takım faktörler vardır. Bu parametrelerin tümünü kontrol ederek istenen sonuçlan gösteren iletken bir polimer eldesi mümkündür. Bu çalışmada, pirolün akrilamid ve 3,4-etilendioksitiyofen ile kopolimerizasyonu; poli(3,4-etilendioksitiyofen)in yüksek molekül ağırlıklı poli(2-akrilamido-2-metil-l- propan sülfonat) ile doplanması ve pirol ve birtakım pirol türevi monomerlerin cam yüzey üzerindeki polimerizasyonu detaylı olarak araştırılmış ve sonuçlar tartışılmıştır. İlk olarak, akrilamid varlığında pirolün polimerizasyonu sırasında çözünen pirol oligomerlerinin karakterizasyonu yapılmıştır. Burada akrilamid pirolün radikal katyonlarının çözeltide kararlı olarak kalmasını sağlayarak spektroskopik ve spektroelektrokimyasal olarak takip edilebilmelerini sağlamıştır. Platin ve indiyum kalay oksit (İTO) elektrod üzerinde oluşan polimer ve çözeltideki pirol oligomerlerinin oluşumunda akrilamid varlığının ve uygulanan elektriksel şartların etkisi araştırıldı. Çözünen ve çözünmeyen ürünlerin karakterizasyonu UV-görünen ve FTIR spectroskopisi, döngülü voltametri ve 4-nokta prop teknikleri ile yapılmıştır. Polipirol ve poli(pirol-akrilamid) filmleri sırasıyla 90 ve 1.0 S/cm iletkenlik göstermişlerdir. Spektroskopik, döngülü voltametrik, kolorimetrik ve iletkenlik sonuçlan akrilamidin ara ürünler ve sonuç polimerine katıldığını desteklemiştir ki bu, ekonomik fizibilitesi yüzünden bu polimerin endüstride uygulanabilirliğini göstermiştir. Mesela, sonuç ürününde akrilamidin varlığı polimerin renginde değişikliğe sebep olmakta ve bu pratik uygulamalar için avantaj getirmektedir. XV111Şekil l'de, 20 mM pirolün 0.1 M NaC104 içeren ACN çözeltisinde 0.6, 0.8 ve 1.0 V potansiyellerde elektropolimerizasyonu sırasında elde edilen spektrum görülmektedir.Uygulanan elektriksel şartlara bağlı olarak absorpsiyon spektrumu ve polimerizasyon çözeltisinde oluşan yeni ürünler farklı karakterler göstermektedir. Örneğin, 0.6 V potansiyel uygulandığında, 4 dalga boyunda (230, 335, 470 ve 580 nm) 4 ana pik elde edilmiştir. Bu pikler sırasıyla: pirol monomeri, pirol oligomerleri, polipirol ve düşük enerjili yük taşıyıcılarına (radikal katyonlar) aittir. 335 nm ve 470 nm'deki çözünen pirol oligomerleri ve polipirolün absorbsiyonu 0.8 V'tan başlayarak daha yüksek potansiyellerde oksidasyon ile artmaktadır ki bu durum bu ürünlerin konsantrasyonunun uygulanan potansiyelin artması ile arttığının göstergesidir ve ayrıca 800 nm civarında oluşan yeni pik daha düşük enerjili yük taşıyıcılarına (dikatyonlar) aittir. Şekil 1. 20 mM pirolün 0.1 M NaClÛ4 içeren ACN çözeltisinde Ag/Ag+'ye karşı 0.6 (a), 0.8 (b) ve 1.0 (c) V potansiyellerde elektropolimerizasyonu sırasında elde edilen spektrumlar (t = 10 min). Polimerin rengi, gösterge uygulamalarındaki kullanımlar için çok önemli bir özelliktir ve tam olarak tanımlanmaya ihtiyacı vardır. Polipirol ve poli(pirol- akrilamid)'in potansiyel gösterge uygulamaları için doplanma ile rengindeki değişiklikler in-situ kolorimetrik analiz yöntemi ile çalışılmış ve sonuçlar“Commission Internationale de l'Eclairage”(CIE) tarafından önerilen CIE 1931 Yxy ve CIE 1976 L*a*b* renk skalası ile gösterilmiştir. Polipirolün rengi oksidasyon ile kahverengi-yesil'den cok koyu mavi-yeşile dönmektedir. Akrilamidin varlığı polimerin rengine etki etmekte ve rengi biraz daha koyu yapmaktadır. Poli(pirol- akrilamid)'deki bu değişiklik akrilamiddeki karbonil gruplarından kaynaklanabilir. Her iki polimerin CIE 1931 Yxy renk skalasındaki değişimi şekil 2A'da görülmektedir. Poli(pirol-akrilamid)'deki kararma -1.0 V ile +0.5 V arasında açıkça XIXgörülebilmektedir. Ayrıca akrilamid polimerin yapısına girdikçe xy koordinatlarının skalası ve herbir potansiyel arasındaki mesafenin arttığının altı çizilmelidir. Yxy renk skalası için bir koordinat olan lüminans, renkteki parlaklığın bir göstergesidir. Ayrıca lüminans, ışığın bütün görünen bölgesinde, örneğin ışığı geçirgenliğini tam olarak göstermesi açısından oldukça bilgilendiricidir. Lüminansı Y yerine %Y ile ifade etmek daha uygundur. Burada %Y örneğin lüminansı ışık kaynağının lüminansına bölünerek bulunmaktadır. Burada vurgulanması gereken bir başka nokta da %Y'nin %T'den farklı olduğudur. Çünkü %Y, insan gözünün ışık duyarlığının bir göstergesidir ve görünen bölgedeki kontrast değildir. Polipirol ve poli(pirol-akrilamid) için göreceli lüminans (%Y) değişimi şekil 2B'de görülmektedir. 0,30 0,33 0,36 0,39 X 0,42 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 E / V vs. Fc/Fc* Şekil 2. (A) (a) PPy and (b) P(Py-AAm) için uygulanan potansiyele bağlı olarak Yxy koordinatlarından hesaplanan göreceli lüminans grafiği. (B) (a) PPy and (b) P(Py- AAm) filmlerinin kolorimetri (x-y) grafiği. Polipirol için göreceli lüminans oksidasyon ile 27 %'den 7 %'ye düşmektedir. Öte yandan poli(pirol-akrilamid) ise biraz daha farklı göreceli lüminans göstermekte ve oksidasyon ile 26 %'dan 4 %'e düşmektedir. Oksidasyon sırasında poli(pirol- akrilamid)'deki göreceli lüminansın düşüşünün polipirolden daha düzenli oluşunun ve gene bu düşüşün polipirol için Fc/Fc+'a göre -0.2 V ve +0.7 V aralığında keskin oluşunun altı çizilmelidir. Her iki polimerde de göreceli lüminansdaki bu düşüş sürpriz değildir, çünkü 377 nm'deki 7t-7t* geçişinin absorpsiyonu daha düşük enerji geçişlerinin oluşumu ile tamamen yok edilememektedir. Polipirol, poli(3,4-etilendioksitiyofen), ve pirol ve 3,4-etilendioksitiyofenin kopolimer filmleri karbon fiber elektrodu (CFE) üzerinde elektrokimyasal olarak sentezlenmiştir. CFE üzerinde birikme koşullan ve monomer konsantrasyonlarının kopolimerizasyona etkisi ile sonuç polimer ve kopolimerlerin elektrokimyası çalışılmıştır. Polimerlerin yapılan döngülü voltamogram, FTIR, taramalı electron mikroskopu gibi değişik yöntemlerle aydınlatılmıştır. Monomer oranının kopolimer yapısına etkisi rapor edilmiştir. CFE üzerindeki polipirol, poli(3,4- etilendioksitiyofen), ve pirol ve 3,4-etilendioksitiyofenin kopolimer filmlerinin Pt elektrottaki kadar elektroaktif ve çok iyi tanımlanmış elektrokimyası, bu kaplanmış XXelektrotların biyolojik uygulamalardaki kullanımlara öncülük edebileceğinin göstergesidir. CFE üzerindeki poli(3,4-etilendioksitiyofen) için aşırı-oksidasyona karşı yüksek kararlılık elde edilmiş ve polimerin yan-dalga potansiyelinin 1.2 V üzerinde bile çok az bir bozunma gözlemlenmiştir (Şekil 3). CFE üzerindeki poli(3,4-etilendioksitiyofen) için elde edilen bu sonuç pratik uygulamalar için oldukça önemlidir. 1.0 0.0 0 300 600 900 1200 1500 1800 E(V) over E 1/2 Şekil 3. CFE üzerinde galvanostatik olarak biriktirilen (100 mC/cm2) PEDOT filmlerinin aşırı-oksidasyona karşı kararlılığının karşılaştırılması. Poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT)/ poli(2-akrilamido-2-metil-l-propan sülfonat) (PAMPS) kompozit filmleri, 3,4-etilendioksitiyofen ve PAMPS içeren su-DMF karışımından elektrokimyasal yollarla sentezlenmiştir. PEDOT matriksinde PAMPS'ın varlığı FTIR spektroskopisi ile ispatlanmıştır. Akım yoğunluğuna bağlı olarak PEDOT-PAMPS kompozit filmlerinin iletkenliği 90 S/cm'ye kadar ulaşmıştır. Nötral PEDOT-PAMPS kompozit filmlerinin spektroelektrokimyası 2.0 eV (615 nm)'de maksimum absorpsiyon göstermekte ve 7i-7t* geçişinin başlangıcından band gap 1.65 eV olarak hesaplanmıştır (Figure 4). İnce PEDOT-PAMPS kompozit filmleri oksitlenmiş ve indirgenmiş durumları arasında 0.4 saniyeden daha kısa sürede 76 %'lık ilk optik kontrast ile değişim göstermektedir. SEM fotoğraflarından karnıbahar yapısı açıkça görülebilmektedir. Polielektrolitin yüksek molekül ağırlığına rağmen polimer filmlerinin yoğunluğu ortalama 5 %'in altında yüzey pürüzü ile PEDOT'ın klasik yoğunluğuna yalan bulunmuştur (1.4 g/cm3). Sülfonatlı polielektrolitin dopant olarak kullanımı ile beklenildiği gibi hegzaaminrutenyum(III) klorat ile katyon değişim özellikleri gözlemlenmiştir. XXI1,5 2,0 2,5 3,0 Energy (eV) Şekil 4. 0.25 um kalınlığındaki PAMPS ile doplanan PEDOT filmlerinin spektroelektrokimyası: (a) -0.90 V, (b) -0.80 V, (c) -0.70 V, (d) -0.60 V, (e) -0.50 V, (f) -0.45 V, (g) -0.40 V, (h) -0.35 V, (i) -0.30 V, (j) -0.25 V, (k) -0.20 V, (1) -0.15 V, (m) -0.10 V, (n) -0.05 V, (o) 0.00 V, (p) +0.05 V, (r) +0.10 V, (s) +0.15 V, (t) +0.20 V, (u) +0.30 V. Elektroaktif, iletken ve oldukça geçirgen (transmisif) ince poli(3,4-etilendioksipirol) (PEDOP) ve poli(3,4-propilendioksipirol) (PProDOP) filmleri in-situ kimyasal polimerizasyon ile sentezlenmiştir. PProDOP kaplamaları, kolorimetri ile ölçülen göreceli lüminans 60 % iken 16 kQJa ve 99.9 % iken 58 kQJn yüzey direnci göstermişlerdir. Sıcaklık, pH, dopant iyonun ve oksitleme maddesinin doğası gibi birçok faktörün film oluşumuna etki ettiği bulunmuştur. En iyi dopant iyon/oksidan kombinasyonu antrakinon-2-sulfonik asit (AQSA) / bakır klörür olarak tespit edilmiş ve iletkenlik 10 S/cm olarak bulunmuştur. PEDOP ve PProDOP filmleri için XPS ile bulunan doplanma dereceleri yaklaşık 25-30 % olarak bulunmuştur. SEM ve profilometri sonuçlan 40-70 nm kalınlığında homojen ve sıkı bir film biriktiğini göstermiştir. Kimyasal olarak oksitlenerek hazırlanıp daha sonra elektrokimyasal olarak indirgenen PProDOP filmlerinin spektroelektrokimyası 485 nm ve 518 nm'deki iki maksimum ile n-n* geçişinin elektrokimyasal olarak doplama ile yok olduğunu göstermiştir. Bu filmin band aralığı 2.2 eV olarak hesaplanmıştır. EDOP'ın oksidasyon potansiyeli oldukça düşük (+0.6 V vs. Ag/Ag*) olduğu için polimerizasyon için oksidan olarak hava kullanılarak iletken PEDOP filmleri elde edilmiştir. Bu sonuç oldukça önemlidir çünkü pek az iletken polimer böyle çevre dostu bir yöntem ile elde edilebilmektedir. XX11

Özet (Çeviri)

CHARACTERIZATION OF PYRROLE AND THIOPHENE CONTAINING POLYMERS AND THEIR COPOLYMERS SUMMARY Following the first report of electrical conductivity in a conjugated polymer (polyacetylene) in 1977 by Shirakawa, Heeger and MacDiarmid, the field of conducting polymer has attracted the interest of thousands of academic and industrial researchers. Conducting polymers can be prepared via chemical or electrochemical polymerization. Among the numerous conducting polymers prepared to date, polypyrrole is by far the most extensively studied. The reasons of this craze for polypyrrole lies certainly in the fact that the monomer (pyrrole) is easily oxidized, water soluble and commercially available. Hence, polypyrrole presents several advantages including environmental stability, good redox properties and the ability to give high electrical conductivies. The intrinsic properties of polypyrrole are highly dependent on electropolymerization conditions. Therefore, understanding the different steps i.e. the mechanism involved in the polymer electrodeposition is of particular importance. With this knowledge, a better control of the properties can be envisioned thus giving polypyrrole films with improved chemical and physical properties. There are several factors affecting the electropolymerization of any monomer, such as, monomer substitution, electrolyte, solvent, pH, electrochemical method, temperature. By controling all of these parameters, a conducting polymer which exhibit the desired results can be obtained. In this study, the copolymerization of pyrrole with acrylamide and 3,4- ethylenedioxythiophene; doping poly(3,4-ethylenedioxythiophene) with a high molecular weight polymer, poly(2-acrylamido-2-methyl-l -propane sulfonate), and polymerization of pyrrole and some pyrrole derivatives on a glass substrate were investigated and results were discussed in detail. Firstly, soluble pyrrole oligomers were characterized during electropolymerization of pyrrole in the presence of acrylamide (in acetonitrile) which gives stability to radical cations of pyrrole allowing to follow them spectroscopic and spectroelectrochemical means. The role of applied electrical conditions and effect of the presence of acrylamide on the formation of pyrrole oligomers in the solution and resulting polymer on electrode surface (both Pt and ITO) were investigated. The soluble and insoluble products were characterized by using UV-visible and FTIR spectroscopy, cyclic voltammetry and four-point probe technique.. Conductivity of polypyrrole and poly(pyrrole-acrylamide) free-standing films showed a conductivity of 90 and 1.0 S/cm, respectively. Spectroscopic, cyclovoltammetric, colorimetric, Xllland conductivity results supported the incorporation of acrylamide to the intermediate species and resulting polymer that may exhibit a possibility of application of this polymer in industry due to economical feasibility. For instance, the presence of the acrylamide in the resulting polymer affected the color of polymer and that brings some advantages for practical applications. 200 400 600 800 Wavelength / nm 1000 Figure 1. Absorption spectra obtained during electropolymerization of 20 mM pyrrole in the solution of ACN containing 0.1 M NaClC<4 at three different potentials, 0.6 V (a), 0.8 V (b) and 1.0 V (c) vs. Ag/Ag+(t = 10 min). Figure 1 shows the spectra obtained during electropolymerization of 20 mM pyrrole in the solution of ACN containing 0.1 M NaClC^ at three different potentials, 0.6, 0.8 and 1,0 V. Depending on the applied electrical conditions, the absorption spectrum and the formation of new species in the polymerization solution show different characters. For example, when a potential of 0.6 V was applied, four main peaks were observed at four different wavelengths, 230 nm, 335 nm, 470 nm and 580nm corresponding to the pyrrole monomer, pyrrole oligomers, polypyrrole and low energy charge carriers (radical cations), respectively. The absorption of the soluble pyrrole oligomers and polypyrrole at 335 and 470 nm, respectively, increased upon oxidation at high potentials starting from 0.8 V meaning the increase of their concentrations as the applied potential was increased, and a new absorption band corresponding to lower energy charge carriers (dications) was grown at 800 nm. Color of polymer is one of the most important properties for a use in display applications and needs to be defined precisely. In order to study the changes in coloration of PPy and P(Py-AAm) upon doping for potential display applications, in sini colorimetric analysis of the polymers PPy and P(Py-Aam) were studied and the results are expressed in the CIE 1931 Yxy and CIE 1976 L*a*b* color spaces as recommended by the“Commission Internationale de l'Eclairage”(CIE). The color of PPy changes from a brown-green to very dark green-blue upon oxidation. The presence of AAm in the polymer affects the color, which is slightly darker in the polymer P(Py-AAm). This slight change in the color of the P(Py-AAm) may stem XIVfrom the carbonyl groups present in acrylamide. The color track of both polymers PPy and P(Py-AAm) in the CIE 1931 Xxy color space is shown in Figure 2A. The darkness of the P(Py-AAm) between -1.0 V and +0.5 V can easily be seen. It should also be noted that the scale of xy coordinates and the distance between each potential step is enlarged when AAm is incorporated to the polymer. 0,30 0,33 0,36 0,39 0,42 X -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 E / V vs. Fc/Fc* Figure 2. (A) Relative luminance of (a) PPy and (b) P(Py-Aam) as calculated from the Yxy coordinates as a function of the potential applied vs. Fc/Fc+. (B) Colorimetry (x-y diagram) of (a) PPy and (b) P(Py-AAm). The luminance, which is a coordinate in the Yxy color space, represents the brightness of a color. It is also very informative since with only one value, it provides information about the perceived transparency of a sample over the entire visible range of light. Instead of Y, it is usually more convenient to express the luminance as %Y that corresponds to the luminance of the sample divided by the luminance of the light source. It should be pointed out that %Y is different from %T because it takes into account the light sensitivity of the human eye, which is not constant over the entire visible range. The relative luminance (%Y) of PPy and P(Py-AAm) is presented in Figure 2B. In PPy, relative luminance decreases upon oxidation from 27% in the reduced state to 7% in the completely oxidized state. On the other hand, relative luminance of P(Py-AAm) shows a slightly different character and decreases upon oxidation from 26% in the doped state to 4% in the oxidized state. It should also be noted that the decrease of the relative luminance in the case of P(Py-AAm) is more regular than PPy during oxidation that is a little sharper in the case of PPy especially between the potentials -0.2 V and +0.7 V vs. Fc/Fc+. The decrease of the relative luminance in both polymers is not surprising since the absorbance of the tt- 7t* transition located at 377 nm is not completely depleted at the expense of lower energy transitions. Polypyrrole, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and copolymer of pyrrole and 3,4- ethylenedioxythiophene films were synthesized electrochemically on the carbon fiber electrodes (CFE). Deposition conditions on the carbon fiber and influence of the monomer concentrations to the copolymerization as well as the electrochemistry of the resulting polymers and copolymers are studied. Structural studies of the polymers have been conducted using different techniques such as cyclic voltammetry, FTIR, scanning electron microscopy. Effect of the monomer ratio on XVthe copolymer structure is reported. The elcetroactivity and very well defined electrochemistry of both polymers polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxy- thiophene), and copolymer of pyrrole and 3,4-ethylenedioxythiophene on the CFE as much as the Pt electrodes pioneers the possibility of using these coated electrodes for bio-applications. A high level of stability to overoxidation has also been observed for poly(3,4-ethylenedioxythiophene) as the polymer on this CFE substrate show limited degredation of their electroactivity at potentials 1.2 V above of its half-wave potential (Figure 3). It should be noted that this outstanding stability of PEDOT on the CFE to overoxidation is important for the practical use of this combination of PEDOT on the CFEs. 1.0 15 °-8^ C ^ 0.6 X o 0.4 ill I 0.2 0.0 0 300 600 900 1200 1500 1800 E(V) over E 1/2 Figure 3. Comparison of the stability to over-oxidation for galvanostatically deposited films (100 mC/cm2) of PEDOT on the carbon fibers, as the ratio of the maximum charge stored in the polymer film after holding 2 min at a potential over Ei/2 (Qmax(E)) to the charge initially stored in the as grown film (Qmax(initial)). Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)/poly(2-acrylamido-2-methyl- 1 -propane sulfonate) (PAMPS) composite films were prepared electrochemically from mixtures of water and JV.iV-dimethylformamide (DMF) containing 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) and the polyelectrolyte, PAMPS. The presence of PAMPS in the PEDOT matrix was confirmed by FTIR spectroscopy. Depending on the current density, conductivity of PEDOT-PAMPS free standing composite films reached about 90 S/cm. Spectroelectrochemistry of neutralized PEDOT-PAMPS composite films showed a maximum absorption at 2.0 eV (615 nm), and a band gap of 1.65 eV, as calculated from the onset of the tc-tc* transition (Figure 4). Thin PEDOT-PAMPS composite films were found to switch rapidly between oxidized and reduced states in less than 0.4 seconds with an initial optical contrast of 76 %. A cauliflower morphology was observed by scanning electron microscopy (SEM). Despite the high molecular weight of the polyelectrolyte, the film density was found to be similar to classical PEDOT (i.e. ca. 1.4 g/cm3), while a surface roughness averaged below 5%. XVIAs expected with the use of a sulfonated polyelectrolyte as dopant, cation exchange properties were observed with hexaammineruthenium (III) chloride. S u S3 « XL U © < 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Energy (eV) Figure 4. Spectroelectrochemistry of 0.25 urn thick PAMPS doped PEDOT: (a) - 0.90 V, (b) -0.80 V, (c) -0.70 V, (d) -0.60 V, (e) -0.50 V, (f) -0.45 V, (g) -0.40 V, (h) -0.35 V, (i) -0.30 V, (j) -0.25 V, (k) -0.20 V, (1) -0.15 V, (m) -0.10 V, (n) -0.05 V, (o) 0.00 V, (p) +0.05 V, (r) +0.10 V, (s) +0.15 V, (t) +0.20 V, (u) +0.30 V. Poly(3,4-ethylenedioxypyrrole) (PEDOP) and poly(3,4-propylenedioxypyrrole) (PProDOP) were synthesized by in-situ chemical polymerization yielding highly transmissive, conductive and electroactive thin films. PProDOP coatings exhibit a surface resistivity of 16 kQ/D at 60 % and 58 kQ/D at 99.9 % relative luminance (measured by colorimetry). Many factors were found to impact the formation of the films, including pH, temperature, nature of the dopant ion, and nature of the oxidizing agent. The best combination of dopant ion/oxidant was obtained for anthraquinone-2-sulfonic acid (AQSA) / copper chloride that yielded the most conductive films (ct = 10 S cm"1). A doping level of about 25-30 % was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for PEDOP and PProDOP films. Scanning electron miscroscopy (SEM) and profilometry indicate homogenous film deposition with total surface coverage attained in films as thin as 40-70 nm with a compact and smooth morphology. Spectroelectrochemistry of chemically prepared (oxidized) and subsequently electrochemically reduced PProDOP films showed the disappearance of the n-n* transition, evident as two maxima at 485 nm and 518 nm upon electrochemical doping. The band gap, measured as the onset of the n-n* transition was 2.2 eV. Since the oxidation potential of EDOP is relatively low (+0.6 V vs. Ag/Ag*), it was possible to obtain conducting films of PEDOP using air as the oxidizing agent for the polymerization. This result is of particular importance since very few conducting polymers can be obtained such an environmentally friendly process. XVll

Benzer Tezler

Tez No
153669
Synthesis of conducting block copolymers and their use in the immobilization of invertase and polyphenol oxidase enzymes
İletken kopolimerlerde invertaz ve polifenol oksidaz enzimlerinin tutuklanması
SENEM KIRALP
Doktora
İngilizce
2004
Kimya Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
Tez No
172195
Electrochemical composite formation of thiophene and N-methylpyrolle onto carbon fiber microelectrodes and their characterizations
Tiyofen ve N-metilpirolün karbonfiber mikroelektrot üzerine elektrokimyasal kompozit oluşturulması ve karakterizasyonu
HÜLYA GEYİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Polimer Bilim ve Teknolojisi İstanbul Teknik Üniversitesi
Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SEZAİ SARAÇ
Tez No
153546
Synthesis of block conducting copolymers of cholesteryl functionalized thiophene and their use in the immobilization of cholesterol oxidase
Kolesterol fonksiyonlu tiyofen ile iletken kopolimerlerin sentezi ve kolesterol oksidaz emzimi için tutuklama matrisi olarak kullanılması
ALİ ÇIRPAN
Doktora
İngilizce
2004
Kimya Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
Tez No
153659
Synthesis and characterization of poly(oxalic acid dithiophen-3-Yl methly ester) and thiophene ended poly-ε-caprolactone
Poli(oksalik asit ditiyofen-3-il metil ester) ve tiyofenle sonlandırılmış poli-ε-kaprolaktonun sentez ve tanımlanması
İPEK KERMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Kimya Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
Tez No
143532
Synthesis and characterization of a random copolymer having variable thiophene units on the backbone
Çeşitli tiyofen ana zincir birimleri içeren rasgele kopolimerlerin üretimi ve tanımlanması
YUSUF GÜNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Kimya Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE

Geri Dön