پلی فلورن Polyfluorene و خواص آن

دسته: مقالات منتشر شده در 08 خرداد 1399
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1330

پلی فلورن به چه ماده ای گفته می شود و چه خواصی دارد؟

پلی فلورن یکی از دسته مواد پلیمری می باشد که از جذابیت زیادی برخوردار بوده و طرفداران زیادی نیز دارد زیرا شباهت بسیار زیادی با سایر پلیمرهای مزدوج دارد و هم اکنون به منظور استفاده برای تولید دیودهای منتشر کننده نور و ترانزیستورهای دارای اثر میدانی و سلول های خورشیدی پلاستیکی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته می شود. این مواد به صورت طبیعی وجود ندارند بلکه طراحی و سنتز شده تا بتوانند پاسخگوی نیازهای نهایی محصول باشند. شیمی مدرن امکان ایجاد سنتزهای سازگار را فراهم کرده و همچنین میتوان پلی فلورن هایی را تولید نمود که استفاده از محصولات حوزه الکترونیکی را بسیار تسهیل نمودند. این ماده از نظر آکادمیک و صنعتی محبوبیت بسیار زیادی دارد زیرا دارای ویژگی های الکتریکی و بصری بوده و همچنین از بازدهی کوانتومی نورتابی برخوردار است.این مواد در واقع یکی از نسخه های اولیه پلیمرهای مزدوج می‌باشند ولی تنها نمونه‌ای از این دسته بوده که می‌توانند به گونه‌ای تنظیم شوند که نورهای مرئی را منتشر کنند. یکی از دلایل جذابیت پلی فلورن ها ناشی از خواص نوری الکترونیکی آنها می باشد که به دلیل مواد تشکیل دهنده آنها می باشد و این مواد ها خاصیت رنگزا دارند و علاوه بر آن از پیوندهای دوتایی گسترش یافته برخوردارند. طراحی مشتقات این ماده بیشتر بر خواص و ویژگی های مونومرهای آن وابسته است و این در حالی است که کشف و توسعه این واحدهای تکراری مونومری تاثیر بسیار زیادی بر توسعه پلی فلورن ها داشته است و خواص فیزیکی آنها می تواند با توجه به الگوی جایگزینی بسیار متفاوت باشد.

 

تاریخچه پلی فلورنها

برخلاف آنچه که از نام این دسته از پلیمرها مشخص است پلی فلورن ها هیچ ارتباطی با فلوئورین ندارند. فلورن به عنوان واحدهای تکراری اصلی در مشتقات این ماده شناخته می شود و از قطران زغال سنگ گرفته شده و توسط Marcellin Berthelot قبل از سال ۱۸۸۳ کشف شد. نام این ماده از خاصیت جالب آن گرفته می‌شود که در واقع همان درخشانی است این ماده از اوایل تا اواسط قرن بیستم به عنوان نوعی ساختار شیمیایی با تنوع رنگ شناخته میشد. از آنجایی که این پلیمر به عنوان یک رنگزای جذاب به شمار می‌آید، محققان می خواستند تا متوجه شوند که کدام بخش از مولکول های این ماده از نظر شیمیایی واکنش پذیر هستند و جایگزینی این مکان ها چگونه می تواند در رنگ ماده تاثیر بگذارد. به عنوان مثال با افزودن انواعی از بخش های الکترون دهنده و الکترون گیرنده به فلورن و همچنین واکنش دادن آن با باز ها محققان توانستند تا رنگ مولکولی این ماده را تغییر دهند. خواص فیزیکی مولکولهای فلورن برای انواعی از پلیمرها بسیار مطلوب بود و این در حالی است که در اوایل دهه هفتاد محققان تلاش می کردند تا از بخش‌هایی از این ماده در پلیمرها استفاده کنند. به عنوان مثال از آنجایی که فلورن ساختاری مستحکم و شکلی مسطح دارد مشخص شد که انواع پلیمرهایی که شامل فلورن می شوند دارای پایداری گرمایی مکانیکی بیشتری می باشند و علاوه بر آن می‌توانند خواص نوری الکترونیکی را به این پلیمرها اضافه کنند. گزارش های مبنی بر بسپارش اکسیداتیو فلورن به صورت کامل از سال ۱۹۷۲ موجود میباشد و این در حالی است که تا بعد از آن استیلن با ویژگی رسانایی بالا در سال ۱۹۷۷ توسط Heeger, MacDiarmid و Shirakawa معرفی شد و در واقع پس از آن جذابیت این پلیمر برای به کارگیری ویژگی های الکترونیکی آن در پلیمرهای مزدوج افزایش پیدا کرد. هرچقدر این گرایش به پلاستیک های رسانا افزایش پیدا می‌کرد مصارف پلی فلورن نیز بیشتر می شد و طبیعت آروماتیک این ماده باعث می شود تا این ماده به عنوان یکی از کاندیداهای مناسب برای پلیمرهای رسانا در نظر گرفته شود زیرا می تواند بار الکترونیکی را هدایت کرده و آن را پایدار سازد. در اوایل دهه ۸۰ فلورین با استفاده از دستگاههای الکترونیکی به فیلم های پلیمری مزدوج تبدیل شد. ویژگی های ظاهری این ماده همانند تابناکی و همچنین جذب طیف نوری قابل مشاهده به همراه قابلیت مزدوج گسترش یافته در پلیمرهای فلورنی باعث شد تا این مواد به گزینه بسیار مناسبی برای ساخت انواع دستگاه ها تبدیل شوند. در سالهای ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۰۰ بسیاری از دستگاه ها همانند دیود های ارگانیک منتشر کننده نور، سلول های خورشیدی ارگانیک، ترانزیستورهای فیلم های نازک ارگانیک و بیوسنسورها همگی در نتیجه بهره گیری از خاصیت تابناکی الکترونیکی و همچنین جذب کنندگی پلی فلورن ها ساخته شدند.

 

پلی فلورن ها از چه خواصی برخوردارند؟

پلی فلورن ها به عنوان دسته از مواد پلیمری شناخته می شوند که می توانند به عنوان مواد فعال الکترونیکی و فعال نوری عمل کنند و این موضوع نیز ناشی از از شکل ظاهری فلورن ها می باشد. این مواد ظاهری مسطح و دو وجهی دارند و همپوشانی اوربیتال p در محل های اتصال بین دو حلقه بنزین منجر به ایجاد حالت مزدوج در مولکول ها می شود که این خود در نهایت شکاف انرژی را کاهش می‌دهد و وضعیت برانگیخته اوربیتالهای مولکولی نیز تغییر پیدا می کند. از آنجایی که در جهت تغییر مکان و موقعیت فضایی اوربیتال های یک مولکول با توجه به ویژگی های الکترون دهندگی زیرمجموعه تعیین میشود، شکاف انرژی به وجود آمده می تواند متفاوت باشد. کنترل شیمیایی و شکاف انرژی تاثیر مستقیمی بر رنگ مولکول ها دارد و این کار نیز با محدودسازی انرژی نوری انجام می گیرد که این مواد جذب می کند. گرایش به پلی فلورن ها و مشتقات آن همچنان افزایش پیدا کرده است زیرا دارای خاصیت بازدهی کوانتومی نورتابی پایداری گرمایی بالا و همچنین قابلیت تنظیم ساده رنگ می باشند که معمولا با اضافه سازی مونومرهایی صورت می‌گیرد که دارای شکاف انرژی پایین می باشند. به تازگی تحقیقات بیشتری در این حوزه صورت گرفته است که ناشی از امکان استفاده از این مواد در ساخت دیود های ارگانیک منتشر کننده نور می باشد. از این دسته از پلیمرها به خوبی می توان در دیودهای ارگانیک منتشر کننده نور استفاده کرد زیرا آنها فقط یکی از اعضای خانواده پلیمرهای مزدوج را تشکیل می دهند که می توانند رنگ هایی در حوزه مرئی با بازدهی بالا و ولتاژ کار پایین را منتشر کنند. علاوه بر آن پلیمرهای یاد شده قابلیت نسبی انحلال در بیشتر حلال ها را نیز دارند و به همین دلیل برای مصارف عمومی نیز به کار برده می شود. یکی دیگر از مهمترین ویژگی های این مواد بلورینگی مایع گرما گرا در آنها می‌باشد که باعث می‌شود تا بتوان از آن به روی لایه های پلی ایمید استفاده کرد. بلورینگی مایع گرما گرا به یکی از ویژگی های پلیمری گفته می شود که در آن ماده می‌تواند با تغییرات دمایی نوعی تغییر فازی به حالت بلورهای مایع داشته باشد و این موضوع اهمیت بسیار زیادی در توسعه نمایشگرهای کریستال مایع دارد زیرا سنتز نمایش گرهای کریستال مایع نیازمند آن است که دو سطح شیشه‌ای سلول به صورت موازی با فویل های قطبی ساز قرار گیرند. این کار را فقط می توان با پوشش دهی سطوح داخلی سلول با لایه شفافی از پلی آمید ها انجام داد.

 

چالش های مرتبط با پلی فلورن ها کدامند؟

پلی فلورن ها می توانند دچار تجزیه شوند و تجزیه آنها نیز عمدتاً به دو روش مشخص صورت می‌گیرد. روش اول شامل اکسیداسیون پلیمری است که منجر به شکل گیری یک کتون آروماتیک می شود و حالت درخشانی را از بین می برد. حالت دوم تجزیه شامل شکل گیری توده هایی می شود که در نهایت منجر به ایجاد نورهای قرمز رنگ خواهد شد و کاهش شدت جابجایی اکسیتون و آزاد سازی از طریق برانگیخته پارها صورت خواهد گرفت. محققان تلاش کرده اند تا از شکل گیری برانگیخته پار جلوگیری کنند و همچنین میزان بازدهی این نوع از پلیمر را با هم بسپارش این مواد با آنتراسن و همچنین گروه‌های حجیم افزایش دهند. این مورد در نهایت باعث می‌شود تا شکل‌ گیری برانگیخت پارها به عقب بیفتد. علاوه بر آن محققان تلاش کرده اند تا جایگزین های بزرگی را در موقعیت نهم از فلورن قرار دهند تا بتوانند از بروز برانگیخته پار و همچنین شکل‌گیری تجمعی جلوگیری کنند. محققان تلاش کردند تا کیفیت LED را با سنتز فلورن و تریاری لامین و سایر دستگاه های چند لایه انجام دهند که بیشتر بر پایه پلی فلورن ها انجام می گیرد و می تواند در واقع نوعی شبکه ‌سازی باشد. این باعث می شود تا انتشار نور از این مواد به صورت درخشان تر انجام گیرد و بازدهی آنها نیز بهبود یابد. یکی دیگر از مشکلاتی که در رابطه با این پلیمرها وجود دارد انواعی از انتشارات پارازیتی سبز رنگ می باشد که از خلوص رنگی و همچنین بازدهی لازم برای تولید OLED ها می کاهد. به این مورد انتشار برانگیخته پار گفته می‌شد اما این انتشارات سبز رنگ به دلیل شکل گیری بخش های زائد کتونی به روی ساختار اصلی پلیمر فلورن صورت می گیرند واین در حالی است که جایگزینی در محل نهم ماده به صورت کامل انجام نگرفته است. با روش های متفاوتی می توان این مسئله را حل کرد همانند اطمینان یابی از جایگزینی کامل مونومرها در بخش های فعال و یا شمول جایگزینی آروماتیک. این حلال ها ممکن است شامل ساختارهایی شوند که از حجم کافی و بهینه برخوردار نیستند و یا از نظر ترکیبی نیز وضعیت دشواری دارند.