Publication: Nanostructuring and properties of polymer surfaces with applications in energy
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Publication Date
2017-08-01
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
The integration of functional polymers in organic electronics has attracted great interest for their potential application in photovoltaics or diodes due to their characteristics such as high chemical tenability, low temperature processing, light weight and durability, among others. The incorporation of polymers into nowadays devices, that tend towards miniaturization, rises several challenges. In general, the macroscopic properties of polymers are closely related to their structure, that is hierarchical, from the nanometer to the millimeter scale. Hence, from a fundamental viewpoint, understanding the effect of the above mentioned miniaturization in the structure and physical phenomena would provide control over the properties of the nanoscaled polymer materials, helping in the design of new potential applications. In this Thesis we have attempted to fulfill the objective of preparing binary systems formed by pairs of functional polymers or pairs of organics materials, and understanding the modification of certain polymer properties when nanostructuring them, mainly in their surfaces. For the preparation of these binary systems we employed different methodologies: direct solution blending (Chapter 3, blends of donor/acceptor organic compounds, Chapter 4, blends of semiconducting and ferroelectric polymers), bilayer structures from semiconducting/ ferroelectric polymers, prepared by sequential spin coating (Chapter 4) and nanostructuring of a ferroelectric polymer in the form of nanospheres to be incorporated in a semiconducting polymer film (Chapter 4). In Chapter 3, the conduction mechanism and the molecular dynamics on a bulk heterojunction formed by a binary blend of donor/acceptor organic compounds have been studied by dielectric spectroscopy. In Chapter 4, the modification of the ferroelectric properties in poly(vinylidene fluoride- trifluoroethylene) copolymers due to nanostructuring and to the combination with a semiconducting polymer have been addressed by Piezoresponse force microscopy. Nanostructured functional polymer surfaces were prepared by laser techniques, mainly Laser Induced Periodic Surface Structures (LIPSS). In Chapter 5, we first report on the creation of LIPSS on a model polymer: polystyrene...
La integración de polÃmeros funcionales en la electrónica orgánica es de gran interés por su potencial aplicación en dispositivos fotovoltaicos y diodos, debido principalmente a caracterÃsticas tales como la alta resistencia quÃmica, la posibilidad de procesado a baja temperatura, su ligereza y durabilidad, entre otras. La incorporación de polÃmeros en los dispositivos actuales que tienden a la miniaturización afronta varios retos. En general, las propiedades macroscópicas de polÃmeros están estrechamente relacionadas con su estructura, que es jerárquica desde la escala de los nanómetros a la milimétrica. Por lo tanto, desde el punto de vista fundamental, comprender el efecto de la mencionada miniaturización en la estructura y los fenómenos fÃsicos de estos polÃmeros proporcionarÃa control sobre las propiedades de los materiales poliméricos incorporados en dispositivos ayudando al diseño de nuevas aplicaciones potenciales. En esta Tesis hemos tratado de cumplir con el objetivo de preparar sistemas binarios formados por pares de polÃmeros funcionales o pares de materiales orgánicos, y comprender las variaciones de ciertas propiedades del polÃmero cuando se nanoestructura, sobre todo cuando se crean superficies nanoestructuradas. Para la preparación de estos sistemas binarios se emplearon diferentes metodologÃas: la mezcla directa en solución (CapÃtulo 3, mezclas de los compuestos orgánicos donadores / aceptores, CapÃtulo 4, mezclas de polÃmeros semiconductores y ferroeléctricos), las estructuras de dos capas de polÃmeros semiconductores / ferroeléctricos, preparadas por ‘spin coating’ secuencial (CapÃtulo 4) y nanoestructuración de polÃmero ferroeléctrico en forma de nanoesferas que se incorpora a una pelÃcula de polÃmero semiconductor (CapÃtulo 4). En lo que se refiere al estudio de procesos fÃsicos fundamentales en estos sistemas, en el CapÃtulo 3, el mecanismo de conducción y la dinámica molecular en una heterounión en volumen formada por la mezcla de compuestos orgánicos donador / aceptor se ha estudiado mediante espectroscopia dieléctrica. En el CapÃtulo 4, la modificación de las propiedades ferroeléctricas en copolÃmeros al azar de poli(fluoruro de vinilideno) y poli(trifluoroetileno) debida a nanoestructuración y a la combinación con polÃmeros semiconductores han sido abordadas por MicroscopÃa de Piezorespuesta...
La integración de polÃmeros funcionales en la electrónica orgánica es de gran interés por su potencial aplicación en dispositivos fotovoltaicos y diodos, debido principalmente a caracterÃsticas tales como la alta resistencia quÃmica, la posibilidad de procesado a baja temperatura, su ligereza y durabilidad, entre otras. La incorporación de polÃmeros en los dispositivos actuales que tienden a la miniaturización afronta varios retos. En general, las propiedades macroscópicas de polÃmeros están estrechamente relacionadas con su estructura, que es jerárquica desde la escala de los nanómetros a la milimétrica. Por lo tanto, desde el punto de vista fundamental, comprender el efecto de la mencionada miniaturización en la estructura y los fenómenos fÃsicos de estos polÃmeros proporcionarÃa control sobre las propiedades de los materiales poliméricos incorporados en dispositivos ayudando al diseño de nuevas aplicaciones potenciales. En esta Tesis hemos tratado de cumplir con el objetivo de preparar sistemas binarios formados por pares de polÃmeros funcionales o pares de materiales orgánicos, y comprender las variaciones de ciertas propiedades del polÃmero cuando se nanoestructura, sobre todo cuando se crean superficies nanoestructuradas. Para la preparación de estos sistemas binarios se emplearon diferentes metodologÃas: la mezcla directa en solución (CapÃtulo 3, mezclas de los compuestos orgánicos donadores / aceptores, CapÃtulo 4, mezclas de polÃmeros semiconductores y ferroeléctricos), las estructuras de dos capas de polÃmeros semiconductores / ferroeléctricos, preparadas por ‘spin coating’ secuencial (CapÃtulo 4) y nanoestructuración de polÃmero ferroeléctrico en forma de nanoesferas que se incorpora a una pelÃcula de polÃmero semiconductor (CapÃtulo 4). En lo que se refiere al estudio de procesos fÃsicos fundamentales en estos sistemas, en el CapÃtulo 3, el mecanismo de conducción y la dinámica molecular en una heterounión en volumen formada por la mezcla de compuestos orgánicos donador / aceptor se ha estudiado mediante espectroscopia dieléctrica. En el CapÃtulo 4, la modificación de las propiedades ferroeléctricas en copolÃmeros al azar de poli(fluoruro de vinilideno) y poli(trifluoroetileno) debida a nanoestructuración y a la combinación con polÃmeros semiconductores han sido abordadas por MicroscopÃa de Piezorespuesta...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias FÃsicas, leÃda el 21/11/2016