Fundamentos da síntese de tintas condutivas de PEDOT:PSS: como fenômenos moleculares, conformacionais e eletrostáticos ditam propriedades optoeletrônicas de filmes no estado sólido

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Higuita, German Dario Gomez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: blindagem eletrostática; doping level; electrostatic screen; eletrônica orgânica; mecanismo de reação; nível de dopagem; organic electronic; PEDOT:PSS; reaction mechanism
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-22052023-101425/

O Poli(3,4 etilenodioxitiofeno):Poli(estireno sulfônico), PEDOT:PSS, é um material que tem se tornado um dos grandes protagonistas da eletrônica orgânica, devido a suas propriedades como a alta condutividade, transparência na faixa do visível e estabilidade ao ar. O PEDOT:PSS é obtido pela polimerização e dopagem oxidativa do monômero EDOT, na presença do poliânion PSS-, para assim formar um complexo condutor. Como o PSS- não consegue remover elétrons da estrutura do EDOT, se faz necessária a adição de agentes oxidantes, como os persulfatos (S2O82-), na reação de síntese do complexo. Embora seja conhecida a relevância do PSS- no sistema PEDOT:PSS, não há estudos que correlacionem mudanças estruturais e conformacionais do poliânion em solução, provocadas pela adição de sais oxidantes, com as propriedades finais das tintas condutoras. Neste sentido, este trabalho apresenta os resultados de medidas espectroscópicas antes, durante e depois da polimerização de tintas de PEDOT:PSS, feitas variando a concentração do agente oxidante (CAO). Os agentes oxidantes explorados nesta Tese foram os Na2S2O8 (Persulfato de Sódio) e o K2S2O8 (Persulfato de Potássio). As medidas indicaram que ao aumentar gradativamente a razão molar entre CAO e EDOT de 0.5 mol/mol para 5 mol/mol, também se aumenta a velocidade da reação, o grau de conversão EDOT→PEDOT e a percolação entre cadeias, porém, contra intuitivamente, diminui- se o nível de dopagem nos filmes de PEDOT:PSS. Desta forma, prova-se que a CAO tem relação direta as propriedades eletro-ópticas finais das tintas condutoras à base de PEDOT:PSS. Por outro lado, encontrou-se através de medidas de Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS) que as modificações nas propriedades das tintas condutoras são originadas pelas mudanças conformacionais do polieletrólito PSS, pela adição dos sais oxidantes. Os resultados mostram que as cadeias de PSS encolhem-se (enovelam-se) com a adição da CAO, devido à blindagem eletrostática causada pelos cátions do sal oxidante. Tal mudança conformacional no PSS restringe a possibilidade de acoplamento do par PEDOT+ com o PSS-, fazendo com que mais segmentos neutros de PEDOT sejam produzidos com mais eficiência durante a polimerização. O entendimento de tais fenômenos moleculares e é fundamental na compreensão do mecanismo de reação do PEDOT:PSS, e propicia o domínio da dinâmica química e conformacional dos reagentes envolvidos na reação, auxiliando no desenvolvimento de novos materiais que utilizem complexações polieletrolíticas como plataforma de síntese. As tintas obtidas neste trabalho também foram aplicadas em dispositivos orgânicos, como células solares e dispositivos neuromórficos, mediante os quais conseguiu-se observar a correlação entre o nível de dopagem do PEDOT:PSS e as respostas finais dos dispositivos.