Investigation on donor, acceptor and substituent effect on phthalimide and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione based donor-acceptor-donor type monomers and polymers

Konjuge organik malzemeler, malzeme biliminin üstün fonksiyonel özelliklere sahip yarı iletkenlerin sentezi için gerekli yeni yapı bloklarının geliştirilmesine odaklanmış önemli bir dalını oluşturmaktadır. Bu yarı iletken sistemler sahip oldukları düşük maliyet, esneklik, ve işlenebilirlik gibi önemli özellikleriyle fotovoltaik, elektrokromik ve ekran teknolojisi gibi pek çok alanda uygulamaya sahiptir. Organik yarı iletkenlerin elektronik ve optik özelliklerini moleküler mühendislik ile değiştirmek mümkündür. Moleküler düzeyde uygulanabilecek en önemli stratejilerden biri alıcı-verici düzeninde yapılar oluşturmaktır. Bu yaklaşımla elektronca zengin ve fakir gruplar kullanılarak iletkenliği yüksek olan düşün bant aralıklı malzemeler elde etmek mümkündür. Tiyofen ve alkilendioksitiyofen türevleri, konjuge yarı iletkenlerin elde edilmesinde en çok kullanılan verici grupları oluşturan elektronca zengin yapılardır. Ftalimid (PI) ve tiyeno[3,4-c]pirol-4,6-dion (TPD) bileşikleri elektron çeken karbonil gruplarına sahip önemli iki farklı alıcı grubu oluşturmaktadır. Tiyofen bazlı verici grupların, PI ve TPD alıcı birimleriyle verici-alıcı-verici düzeninde eşleştirilmesi ile elde edilen düşük bant aralıklı bir dizi konjuge monomer bu tezde pek çok açıdan incelenecektir. Tezin ilk bölümü, elektronca fakir ftalimid biriminin polihedral oligomerik silseskuokzan (POSS) ve propil sübstitüentleri ile fonksiyonlandırılmasına ve modifiye edilmiş alıcı birimlerin tiyofen ve 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) verici birimleri ile birleştirilmesi sonucu verici-alıcı-verici tipinde monomer ve polimerlerin elde edilmesine ayrılmıştır. Sonrasında sübstitüent ve verici grupların bu konjuge malzemelerin optik ve elektronik özellikleri üzerinde etkisinin daha iyi anlaşılması için elde edilen verici-alıcı-verici düzenindeki monomer ve polimerler incelenmiştir. Tezin ikinci kısmı, TPD biriminin etilhekzil, POSS, azobenzen ve floren içeren dört farklı sübstitüentle modifikasyonuna odaklanmıştır. Bu sübstitüentlerden üçü ilk kez TPD alıcı birimine eklenmiştir. Bu işlevselleştirilmiş TPD alıcı birimleri, verici-alıcı-verici düzeninde konjuge organik monomerler oluşturmak için tiyofen, EDOT ve çözünür didesil zincirlerine sahip 3,4-propilendioksitiyofen (ProDOT) verici birimleri ile birleştirilmiştir. Verici-alıcı-verici konfigürasyonunda bu konjuge sistemlerin incelenmesi, farklı yapıdaki fonksiyonel sübstitüentlerin alıcı birim üzerindeki rolünün anlaşılması için büyük önem taşımaktadır. Ayrıca, bu sistemlerin optoelektronik özellikleri, yukarıda belirtilen fonksiyonel sübstitüentlerin yanı sıra verici birimlerin etkisini de aydınlatmak için araştırılmıştır. Son olarak, bu TPD bazlı verici-alıcı-verici düzenindeki yapılar, alıcı grubun optoelektronik özellikler üzerindeki etkisini görmek için PI bazlı benzerleri ile karşılaştırılmıştır. Tezin üçüncü ve son bölümünde ise verici-alıcı-verici düzenindeki PI alıcı birim modifiye edilerek yeni bir çekirdek birimin oluşturulması sağlanmıştır. Bu modifikasyon, alıcı kısmın imid fonksiyonel grubunun diimide dönüştürülmesiyle sağlanmıştır. Elde edilen yeni sistem, hem diimid fonksiyonel grup hem de benzen halka yapısının, alıcı birim üzerindeki yapısal etkisine ışık tutmak için ayrıca araştırılmıştır. Sentezlenen yeni sistemin optoelektronik özelliklerinin yanı sıra sahip olduğu kemilüminesans karakter de araştırılmıştır. Modifiye edilmiş çekirdek birimi içeren bu sistem için elde edilen optoelektronik özellikler, modifiye edilmemiş sistem için olanlarla birlikte karşılaştırmalı olarak rapor edilmiş ve tüm sonuçlar teorik hesaplamalarla da desteklenmiştir. Bu tezde, verici ve alıcı birimlerin bant aralığı, nötr durum rengi ve elektrokromik performans gibi elektrokimyasal ve optik davranışlar üzerinde anahtar rol oynadığı, sübstitüentlerin ise polimerlerin optoelektronik özelliklerini önemli ölçüde değiştirmediği bulunmuştur. Ayrıca, verici birimlerin polimerlerin elektrokimyasal ve optik bant aralığı değerlerine etkisi araştırılmış, verici birimin gücüne bağlı olarak her serinin aynı eğilimi izlediği bulunmuştur (Eg,Thiophene > Eg,ProDOT > Eg,EDOT ). Monomerlerin yükseltgenme potansiyelleri için de benzer bir eğilim tespit edilmiştir. Alıcı birimlerin optoelektronik özellikler üzerindeki etkisi araştırıldığında, TPD esaslı polimerler için PI esaslı polimere kıyasla daha iyi sonuçlar gözlemlenmiştir. Bu çalışma ayrıca, PI ve TPD gibi alıcılara, optoelektronik özelliklerini değiştirmeden yeni fonksiyonel gruplar takılarak yeni işlevsellikler kazandırılabileceği gösterilmiştir.