Efeito de deformações mecânicas nas propriedades optoeletrônicas de materiais orgânicos: cálculos de estrutura eletrônica de polímeros e fulerenos - Cachaneski-Lopes, João Paulo [UNESP] (2021)
O desenvolvimento de materiais para dispositivos optoeletrônicos é uma importante área de pesquisa básica e aplicada, no entanto, um entendimento mais aprofundado dos efeitos induzidos pelas deformações mecânicas sobre as propriedades intrínsecas dos diferentes componentes desses dispositivos ainda é necessário para ampliar a sua aplicabilidade e melhorar a sua durabilidade. De fato, embora existam diversos estudos a respeito de materiais mecano-responsivos, há ainda uma relativa escassez de estudos acerca do efeito das deformações mecânicas nas propriedades intrínsecas de compostos orgânicos. Neste contexto, no presente trabalho, métodos de modelagem molecular foram empregados para avaliar os efeitos das deformações mecânicas nas propriedades estruturais, optoeletrônicas e de reatividade de polímeros conjugados como polianilina (PANI), politiofeno (PT), poli(p-fenileno vinileno) (PPV) e polipirrol (PPy), e moléculas orgânicas aceitadoras baseadas em fulereno: C60 e [6,6]-fenil-C61 ácido butírico-metil éster (PCBM). Os resultados evidenciam uma forte influência das deformações mecânicas na estrutura eletrônica dos compostos. Nos sistemas poliméricos nota-se uma redução dos níveis de energia da fronteira, com aumento dos gaps eletrônicos, efeitos hipsocrômicos no espectro de absorção óptica e pequenas mudanças nas reatividades locais. Nos fulerenos os resultados evidenciam a existência de regimes distintos de mudanças estruturais que influenciam as propriedades dos compostos. Em particular, foi observado que a compressão/estiramento das estruturas pode levar ao estreitamento dos gaps eletrônicos, aumento da absorção óptica, diminuição da mobilidade de buracos e leves alterações nas reatividades locais. As alterações observadas podem levar a efeitos significativos no desempenho de dispositivos, por exemplo em sistemas poliméricos, é esperado um aumento nas tensões de circuito aberto, se aplicados em células solares orgânicas, com perda de funcionalidade para alguns sistemas, ao mesmo tempo em que uma redução das barreiras de injeção é esperada em OLEDs e sensores químicos. Os resultados obtidos para os compostos fulerênicos permitem auxiliar na interpretação da formação de estruturas polimerizadas e experimentos balísticos, bem como estimar as respostas de nanodispositivos e sistemas endoédricos, baseados em moléculas isoladas.