ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
На втором этапе проекта был синтезирован ряд тиофен-фениленовых олигомеров (ТФО) с пятью и шестью сопряженными ароматическими кольцами и различными концевыми группами (триметилсилильными или алкильными). Для синтеза ТФО с пятью сопряженными ароматическими кольцами и триметилсилильной концевой группой (TMS-PTPTP-TMS) было разработано два подхода на основе реакции Сузуки. Первый из них, однако, приводил к образованию побочных продуктов в виде олигомеров с четырьмя и шестью сопряженными ароматическими кольцами (TMS-PTTP-TMS и TMS-PTPPTP-TMS), от следов которых полностью очистить целевой продукт не удалось. Второй же метод позволил получить чистый TMS-PTPTP-TMS с выходом на последней стадии 73%. Для изучения влияния природы ароматического кольца на свойства сопряженных олигомеров, были синтезированы другие олигомеры, содержащие четыре тиофеновых и одно бензольное кольцо, с концевыми гексильными заместителями DH-TTPTT. Разработанный подход, основанный на реакции Кумады, позволил получить целевой олигомер с выходом 90%. На основе реакции Сузуки разработана методика и по ней синтезирован ТФО с шестью сопряженными ароматическими кольцами и триметилсилильной концевой группой TMS-P4TP-TMS с выходом 71%. Синтезирован новый аморфный кремнийорганический наноструктурированний люминофор (КНЛ) с пятью сопряженными ароматическими кольцами в качестве центрального излучающего фрагмента, который содержал 2’,4,5’-триметил-1,1’:4’,1’’-терфениловые (3PMe3) группы на периферии и бис(битиенил) бензотиадиазольный фрагментом (2T-Bz-2T) в центре молекулы. Исследованы оптические характеристики полученного КНЛ, включающие спектры поглощения, возбуждения и люминесценции. Измерены квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ), который был в диапазоне 43 – 67% в зависимости от длины волны возбуждения, и проведена оценка эффективности внутримолекулярного переноса энергии, которая составила 64+/-5%. Детальное исследование оптических свойств кристаллов, полученных на основе синтезированных ранее ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами показало, что полученные образцы содержат примеси в концентрации менее 0,01%. Тем не менее, эти включения существенно влияют на свойства выращиваемых кристаллов. Поэтому на данном этапе работы, с учетом недостаточной чистоты полученных олигомеров, представлялось нецелесообразным проводить низкотемпературные измерения спектров фосфоресценции замороженных растворов ТФО. Вместо этого была разработана новая методика синтеза ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами, исключающая образование более длинных сопряженных соединений, и исследована зависимость оптических свойств кристаллов от содержания примеси. Для этого была разработана специальная методика определения содержания сверхмалых концентраций люминесцирующих примесей, образующихся в процессе синтеза ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами. Один из ключевых результатов данного этапа проекта состоит в следующем: обнаружено, что люминесцентные свойства монокристаллов ТФО во многом определяются примесями(допантами) с концентрациями менее 1%, в качестве которых выступают более длинные ТФО. Разработана методика роста из раствора монокристаллов ТФО TMS-P2TP-TMS, допированных акцептором энергии TMS-P4TP-TMS, имеющим примерно в два раза более высокий квантовый выход ФЛ (~40% в растворе и в монокристалле TMS-P2TP-TMS) по сравнению с TMS-P2TP-TMS (~20% в растворе и в недопирвоанном монокристалле). Продемонстрирован высокоэффективный безызлучательный перенос энергии с кристалла TMS-P2TP-TMS на допант TMS-P4TP-TMS с характерным временем ~50 пс, найдена оптимальная концентрация допанта, составляющая величину 0.7%. Методом физического парового транспорта выращены монокристаллы ТФО 1,4-бис(5-фенилтиофен-2-ил)бензол (PTPTP) с латеральными размерами в диапазоне 0.2-3.5 мм и толщинами в диапазоне 0.5-3.5 мкм. Исследованы их фото- и электрофизические свойства. Внешний квантовый выход ФЛ в них достигал 37%. Исследована кинетика спектров ФЛ с пикосекундным временным разрешением; показано, что максимум интенсивности ФЛ достигается при ориентации поляризации пучка возбуждения вдоль оси a кристаллической ячейки PTPTP. Органические полевые транзисторы (ОПТ), разработанные на основе кристаллов PTPTP показали дырочную подвижность до 0.027 см2/Вс при пороговых напряжениях около –5 В. Выращены монокристаллы фуран-фениленового олигомера 1,4-бис(5-фенилфуран-2-ил)бензол (BPFB) с латеральными размерами в диапазоне 0.2-1.5 мм и толщинами в диапазоне 0.6-4.5 мкм, исследованы их фото- и электрофизические свойства. Квантовый выход ФЛ достигал 66% (с коррекцией на реабсорбцию ФЛ) для монокристаллов, выращенных из раствора, и 45% для монокристаллов, выращенных из газовой фазы. Проведено сравнительное исследование кинетик ФЛ в монокристаллах, жидких и твердых растворах BPFB. Сделан вывод, что структурный порядок в монокристалле увеличивает время жизни экситонов и повышает квантовый выход ФЛ. Транзисторы на основе кристаллов BFFB продемонстрировали дырочную подвижность до 0.22 см2/Вс. Выращены монокристаллы DH-TTPTT, исследованы их структурные, фото и электрофизические свойства. Показано, что квантовый выход ФЛ достигает 17%, а дырочная подвижность носителей заряда составляет 0.07 см2/Вс. Обнаружена высокая механическая гибкость монокристаллов DH-TTPTT, таким образом, впервые получен высоко гибкий люминесцентный полупроводниковый монокристалл. Разработаны и исследованы амбиполярные ОПТ для работы в светоизлучающем режиме. На основе кристаллов PTPTP, TMS-PTTP-TMS и BPFB разработаны транзисторы с ассиметричной геометрией электродов сток-исток, нанесенные с использованием теневого эффекта при напылении различных металлов. ОПТ на основе кристаллов PTPTP, TMS-PTTP-TMS продемонстрировали амбиполярный транспорт зарядов, тогда как ОПТ на основе кристаллов BPFB демонстрировали только дырочную подвижность. Подвижности зарядов в ОПТ на основе кристаллов PTPTP сбалансированы для дырок и электронов и достигают 0,01 см2/Вс. Пороговые напряжения для данных транзисторов достигают -15 В для дырок и 50 В для электронов. Подвижности в насыщенном режиме для кристаллов TMS-PTTP-TMS достигают 1.7*10-3 см2/Вс для электронов и 2.5*10-3 см2/Вс для дырок. Пороговые напряжения составили -30 В для дырок и 60 В для электронов. Разработана одномерная стационарная численная модель светоизлучающего органического полевого транзистора, основанная на уравнении Пуассона и уравнениях непрерывности. Рассчитаны вольтамперные характеристики транзистора, распределения электрического поля, концентрации носителей заряда и темп их рекомбинации в канале транзистора для различных значений задаваемых параметров модели. Рассчитаны выходные и передаточные характеристики транзистора в амбиполярном (светоизлучающем) режиме. Показано, что в точке минимального тока на передаточной характеристике, являющейся наиболее предпочтительной для излучения света, распределение темпа рекомбинации электронов и дырок наиболее широкое и имеет максимум в центре канала. Детально исследованы структура, морфология и ФЛ свойства ленгмюровских пленок, а также монослоев Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) и Ленгмюра-Шеффера(ЛШ) силоксанового димера олиготиофенфенилена D2-Und-PTTP-TMS, полученного на первом этапе проекта. Для исследования структуры и фотолюминесцентных свойств изготовлен ряд пленок ЛБ и ЛШ при поверхностных давлениях непосредственно перед и сразу после коллапса слоя (30 и 40 мН/м), также исследовано влияние отжига в парах растворителя на структуру и морфологию монослоев. Для определения различий в процессах кристаллизации монослоев ЛБ и ЛШ были проведены исследования методами рентгеновской рефлектометрии и рентгеновской дифракции при скользящем угле падения. Аппроксимация полученных данных (реконструкция электронной плотности) позволила предложить модель упаковки молекул в монослое ЛШ. В период с 18 по 23 сентября 2016 года организована и проведена 3-я Международная осенняя школа по органической электронике International Fall School on Organic Electronics (IFSOE-2016), которая явилась продолжением серии научных школ, начатой ИСПМ РАН и МГУ в 2014 г. Научная программа школы включала в себя следующие тематики: Фундаментальные проблемы органической электроники; Материалы для органической электроники; Органические полевые транзисторы; Органические светоизлучающие устройства; Органические и гибридные солнечные батареи; Органические сенсоры; Фотофизика, компьютерное моделирование и проблемы характеризации; Технологии для органической электроники. На IFSOE-2016 пленарные доклады сделали ведущие ученые Западной Европы, США и России, были организованы секции устных и стендовых докладов молодых ученых, отобранные на основе поданных заявок членами Организационного комитета. Официальный язык школы – английский. Все материалы IFSOE-2016 представлены на сайте: http://www.ifsoe.ru Проведена предварительная работа по организации 13-ой Международной конференции по органической электронике ICOE-2016, которая является продолжением серии ежегодных международных конференций, начатых в Эйндховне (Нидерланды, 2005-2008), и затем проходившей в Ливерпуле (Великобритания, 2009), Париже (Франция, 2010), Риме (Италия, 2011), Таррагоне (Испания, 2012), Гренобле (Франция, 2013), Модене (Италия, 2014), Эрлангене (Германия, 2015) и Братиславе (Словакия, 2016). Решением Международного Оргкомитета ICOE проведение ICOE-2016 запланировано на 4-8 июня 2017 года в г. Санкт-Петербург (Россия). В настоящее время для этого выбрано и забронировано место проведения конференции – Гостиница «Азимут», приглашены 18 ведущих лекторов международного уровня, 15 из которых уже дали свое согласие и прислали названия лекций, разработан и открыт официальный сайт конференции www.icoe2017.ru, сделан и разослан целевой аудитории первый циркуляр конференции. C 1 декабря 2016 г на сайте www.icoe2017.ru открыта регистрация участников и прием тезисов. Результаты выполнения проекта отражены на интернет-сайтах: ifsoe.ru, icoe2017.ru, sunhen.phys.msu.ru, www.ispm.ru/lab8.html.
In the second stage of the project, a number of thiophene-phenylene oligomers (TPO) with five or six conjugated aromatic rings and different terminal groups (trimethylsilyl or alkyl) was synthesized. For TPO synthesis with five conjugated aromatic rings and terminal trimethylsilyl group (TMS-PTPTP-TMS) we developed two approaches based on the Suzuki reaction. The first of them, however, led to the formation of by-products in the form of TPO with four or six conjugated aromatic rings (TMS-PTTP-TMS and TMS-PTPPTP-TMS), the traces from which could not be completely removed from the target product. The second method allowed us to obtain much more pure TMS-PTPTP-TMS with the yield at the last stage of 73%. To study the influence of the nature of the aromatic rings on the properties of conjugated oligomers, the oligomer containing four thiophene and one benzene ring, with terminal hexyl substituents DH-TTPTT, was synthesized. The developed approach is based on the Kumada reaction, which allowed obtaining the target oligomer with a yield of 90%. A technique based on the Suzuki reaction was developed and used for the synthesis of TPO with six conjugated aromatic rings and trimethylsilyl end group TMS-P4TP-TMS with a yield of 71%. A new amorphous nanostructured organosilicon luminophore (NOL) with five conjugated aromatic rings at the central light-emitting fragment was synthesized. It contained 2’,4,5’-trimethyl-1,1’:4’,1’-triphenylamine (3PMe3) groups on the periphery and bis(bithienyl)benzothiadiazole fragment (2T-Bz-2T) in the center of the molecule. The optical properties of the NOL obtained, including absorption spectra, excitation and luminescence, were investigated. The measured photoluminescence (PL) quantum yield was 43 – 67% (depending on the excitation wavelength), and the intramolecular energy transfer efficiency was estimated as 64+/-5%. A detailed study of the optical properties of crystals, prepared from the previously synthesized TPO with four conjugated aromatic rings showed that the samples obtained contain impurities(dopants) with concentration in the range 0.01-1%. These inclusions significantly affect the properties of the grown crystals. Therefore, at this stage, given the lack of purity of the oligomers obtained, it was inexpedient to carry out low-temperature measurements of the phosphorescence spectra of frozen solutions of these TPO. Instead, we developed a new method for TPO synthesis with four conjugated aromatic rings, precluding the formation of more conjugated by-products, and investigated the dependence of the optical properties of crystals of the impurity content. For this purpose, we developed a special method of determining the content of ultra-low concentrations of luminescent impurities generated in the TPO synthesis process. One of the key results of this stage of the project is the following: we found that the fluorescent properties of the TPO single crystals are largely determined by impurities (dopants) with concentrations of less than 1%, longer TPO serve as dopants. The single crystal growth technique from solution was developed for TPO TMS-P2TP-TMS doped with energy acceptor TMS-P4TP-TMS, which have approximately twice higher PL quantum yield (~ 40% in solution and in single crystal of TMS-P2TP-TMS) as compared to TMS-P2TP-TMS (~ 20% in solution and in the pristine single crystal). Highly efficient non-radiative energy transfer from the TMS-P2TP-TMS crystal to dopant TMS-P4TP-TMS with a characteristic time of ~ 50 ps was demonstrated, the optimal dopant concentration was found to be 0.7%. Single crystals of TPO 1,4-bis (5-phenylthiophen-2-yl) benzene (PTPTP) with lateral dimensions in the range of 0.2-3.5 mm and thickness in the range 0.5-3.5 microns were grown by the physical vapor transport method. Their photophysical and electrical properties were studied. The PL quantum yield reached 37% in these crystals. Time-resolved PL kinetics were studied; we showed that the PL intensity is maximal when the excitation beam polarization oriented along the a-axis of the PTPTP unit cell. Organic field-effect transistors (OFET) on the PTPTP crystals showed the hole mobility up to 0.027 cm2/Vs with the threshold voltage about -5 V. Single crystals of furan-phenylene oligomer 1,4-bis (5-phenylfuran-2-yl) benzene (BPFB) with lateral dimensions in the range of 0.2-1.5 mm and thicknesses in range 0.6-4.5 micron were grown, their photophysical and electrical properties were studied. The PL quantum yield reached 66% (with correction to PL reabsorption) for single crystals grown from a solution, and 45% for single crystals grown from the vapors phase. A comparative study of the PL kinetics in single crystals, liquid and solid BPFB solutions was conducted. We concluded that the structural order in BFFB single crystal increases the exciton lifetime and enhances the PL quantum yield. OFET based on BFFB crystals demonstrated the hole mobility up to 0.22 cm2/Vs. Single crystals of DH-TTPTT were grown, their structural, photophysical and electrical properties were studied. We found that the PL quantum yield reaches 17%, and the hole mobility is 0.07 cm2/Vs. Very high mechanical flexibility of DH-TTPTT single crystals was found; thus, highly flexible luminescent semiconductor crystals were demonstrated for the first time. Ambipolar OFETs for operating in the light-emitting regime were developed and studied. OFETs based on PTPTP, TMS-PTTP-TMS and BPFB single crystals with the source-drain electrodes fabricated from different metals using a shadow effect during the their deposition. The OFETs based on PTPTP and TMS-PTTP-TMS single crystals showed ambipolar charge transport, while the OFETs on BPFB crystals demonstrated only the hole transport. Charge mobilities in OFETs on PTPTP single crystals were balanced for holes and electrons and were ~0.01 cm2/Vs. The threshold voltage for these transistors reaches -15 V for holes and 50 V for electrons. The charge mobilities in the saturation regime for TMS-PTTP-TMS crystals were 1.7*10-3 cm2/Vs for electrons and 2.5*10-3 cm2/Vs for holes. The threshold voltages were -30 V for holes and 60 V for electrons. A one-dimensional steady-state numerical model of an light-emitting organic field-effect transistor based on the Poisson and current continuity equations was developed. The current-voltage characteristics of the transistor, the distributions of electric field, concentrations of charge carriers and their recombination rate in the transistor channel were calculated for different values of the input parameters. The output and transfer characteristics of the transistor in the ambipolar (light-emitting) regime were calculated. We showed that the point of minimum current of the transfer characteristic is the most preferred for emitting of light, and at this point the electron and hole recombination rate distribution is the most widespread and has a maximum in the center of channel. The structure, morphology and PL properties of Langmuir films as well as Langmuir-Blodgett (LB) and Langmuir-Schaeffer (LS) monolayers prepared from the siloxane dimer of oligothiophene-phenylene D2-Und-PTTP-TMS synthesized on the first stage of the project were investigated. To study the structure and PL a number of LB and LS films at surface pressures immediately before and immediately after the collapse of the layers (at 30 and 40 mN/m) was prepared. The effect of annealing in the solvent vapor on the structure and morphology of the monolayers was revealed. To determine differences in the crystallization processes of LB and LS monolayers, we carried out by x-ray reflectometry and grazing incidence x-ray diffraction. The approximation of the data obtained (reconstruction of the electron density) allowed us to propose a model of molecules packing in the LS monolayer. In the period from 18 to 23 September 2016 the 3rd International Fall School on Organic Electronics (IFSOE-2016) were organized and conducted. It continued a series of scientific schools, launched by MSU and ISPM RAS in 2014. The Scientific Program of the school included the following subjects: Fundamental problems of organic electronics; Materials for organic electronics; Organic field-effect transistors; Organic light emitting devices; Organic and hybrid solar cell; Organic sensors; Photophysics, computer modeling and problem characterization; Technologies for organic electronics. On IFSOE-2016 plenary presentations were made by leading scholars of Western Europe, the US and Russia, the sections of oral and poster presentations of young scientists, selected on the basis of applications submitted by members of the organizing Committee, were organized. The official language was English. All materials of IFSOE-2016 is available at: http://www.ifsoe.ru Preliminary work on the organization of the 13th International conference on organic electronics ICOE 2016, which is a continuation of a series of annual international conferences started in Eindhoven (the Netherlands, 2005-2008), and then held in Liverpool (UK, 2009), Paris (France, 2010), Rome (Italy, 2011), Tarragona (Spain, 2012), Grenoble (France, 2013), Modena (Italy, 2014), Erlangen (Germany, 2015) and Bratislava (Slovakia, 2016) was performed. According to the decision of the ICOE International Organizing Committee, the ICOE 2016 is scheduled for 4-8 June 2017 in the city Saint-Petersburg (Russia). At the present time the conference venue – Hotel "Azimut" has been chosen and preliminary booked; 18 leading lecturers of international level were invited, 15 of which already gave their consent and disclosed the titles of their lectures; the official conference website www.icoe2017.ru was developed and launched; the first circular of the conference was prepared and sent out to the target audience. Registration of the participants and submission of their abstracts is open from the 1st December 2016 on the website www.icoe2017.ru. The results of project implementation are presented on the web sites: ifsoe.ru, icoe2017.ru, sunhen.phys.msu.ru, www.ispm.ru/lab8.html.
1. Синтез олиготиофенфениленов с пятью и шестью сопряженными ароматическими кольцами и различными (триметилсилильными или алкильными) концевыми группами для получения монокристаллов и самоорганизующихся монослойных пленок. 2. Синтез аморфного КНЛ с пятью сопряженными ароматическими кольцами в качестве центрального излучающего фрагмента. 3. Получение монослойных пленок Ленгмюра-Блоджетт и/или Ленгмюра-Шеффера на основе новых синтезированных олигомеров с полупроводниковыми тиофенфениленовыми фрагментами; исследование их структуры, морфологии, электро- и фотофизических свойств. 4. Низкотемпературные измерения спектров фосфоресценции замороженных растворов синтезированных в проекте олиготиофенфениленов в аморфной матрице. Оценка энергии низшего триплетного уровня возбужденных состояний (T1). 5. Рост монокристаллов из олиготиофенфениленов, синтезированных в ходе проекта, в т.ч. с сопряженным ядром, состоящим из пяти ароматических колец. Исследование их фотолюминесцентных свойств и электрофизических характеристик в составе органических полевых транзисторов. 6. Разработка двухкомпонентных гетероструктур: допированный кристалл, «кристалл- монослойная пленка», реализующих направленный безызлучательный перенос энергии из одного компонента в другой. Исследование фотофизических свойств полученных гетероструктур. 7. Разработка численной модели органического светоизлучающего транзистора, описывающей инжекцию, транспорт и рекомбинацию носителей заряда. 8. Разработка органических полевых транзисторов с амбиполярным транспортом. Разработка светоизлучающего транзистора и исследование его электролюминесцентных свойств. 9. Подготовка, организация и проведение 3-й Международной осенней школы по органической электронике IFSOE-2016 в период с 18 по 23 сентября 2016 г. в Подмосковье. Организуемая школа является очередной в ежегодной серии международных школ по органической электронике, проводимых участниками проекта с 2014 года; в ней предполагается участие 10 ведущих российских и 10 ведущих зарубежных ученых в области органической электроники в качестве приглашенных лекторов, а также не менее, чем 40 молодых российских ученых, в т.ч. аспирантов и студентов. Научная программа Школы будет включать в себя следующие тематики: 1) Фундаментальные проблемы органической электроники; 2) Материалы для органической электроники; 3) Органические полевые транзисторы; Проект № 15-12-30031/2015 Страница 29 из 354) Органические светоизлучающие устройства; 5) Органические и гибридные солнечные батареи; 6) Органические сенсоры; 7) Фотофизика, компьютерное моделирование и проблемы характеризации; 8) Технологии для органической электроники.
Научная группа обладает большим признанным мировой научной общественностью научным заделом по предлагаемому проекту, наработанному в рамках проектов РФФИ (09-02-92483-МНКС_а, 07-02-01227-а, 99-02-17785-а, 04-02-16658-а, 11-03-01137а) и государственных контрактов с Минобрнауки (ГК № 02.740.11.5155, ГК № 02.513.11.3207, ГК № 02.513.11.3209, ГК № 16.513.11.3133, ГК № 16.740.11.0064, ГК № 02.513.11.3382, ГК № 02.513.12.3101 и ГК № 11.519.11.6020). В научную группу входит коллектив химиков под руководством член-корр. РАН С.А. Пономаренко, имеющий мощный задел в области синтеза и исследования полупроводниковых тиофен-содержащих олигомеров. Научная группа имеет признанную мировую репутацию в области синтеза и исследования фото- и электрофизических свойств полупроводниковых (сопряженных) органических материалов, что подтверждается публикациями в ведущих мировых междисциплинарных и профильных журналах (Nature, Nature Nanotechnology, Scientific Reports, Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater. Physical Review В, Appl. Phys. Lett., Nano Letters, J. Phys. Chem Lett., Organic Electronics и др.).
1. Синтезированы олиготиофенфенилены с пятью и шестью сопряженными ароматическими кольцами и различными (триметилсилильными или алкильными) концевыми группами для получения монокристаллов и самоорганизующихся монослойных пленок. 2. Синтезирован аморфный КНЛ с пятью сопряженными ароматическими кольцами в качестве центрального излучающего фрагмента. 3. Получены монослойные пленки Ленгмюра-Блоджетт и/или Ленгмюра-Шеффера на основе новых синтезированных олигомеров с полупроводниковыми тиофенфениленовыми фрагментами, определены их электро- и фотофизические свойства, выявлено влияние химического строения полупроводникового фрагмента на структуру, морфологию и транспорт заряда в монослоях. 4. Оценены энергии низшего триплетного уровня спектра электронно-возбужденных состояний (T1) синтезированных в проекте олиготиофенфениленов методом измерения спектров фосфоресценции их замороженных растворов. 5. Выращены монокристаллы олиготиофенфениленов, в т.ч. с сопряженным ядром, состоящим из пяти ароматических колец. Исследованы их фотолюминесцентные свойства и электрофизические характеристики в составе органических полевых транзисторов. Полученные кристаллы исследованы методами оптической и атомно-силовой микроскопии. Получены спектры фотолюминесценции и измерен квантовый выход фотолюминесценции для выращенных монокристаллов. Для них проведена оценка эффекта реабсорбции фотолюминесценции и исследована анизотропия квантового выхода фотолюминесценции. В выращенных монокристаллах исследованы спектрально-временные динамики фотолюминесценции с пикосекундным временным разрешением. Исследована анизотропия фотолюминесценции. Приготовлены образцов органических полевых транзисторов и исследованы их характерстики, определены значения подвижности носителей зарядов, пороговые напряжения и др. параметры. 6. Разработаны двухкомпонентные гетероструктуры, реализующие направленный безызлучательный перенос энергии из одного компонента в другой. Выращен ряд Проект № 15-12-30031/2015 Страница 30 из 35монокристаллов олиготиофенфениленов (СF3-PTTP-CF3 и/или TMS-PTTP-TMS) с различными концентрациями допанта, выполняющего роль акцептора энергии экситонов, фотовозбуждаемых в монокристалле. Получены образцы гетероструктур, образованных из полупроводниковых монокристалла и тонкой пленки (например, монослойной). Структурные свойства полученных гетроструктур исследованы методами оптической и атомно-силовой микроскопии. Исследованы фотофизические свойства полученных гетероструктур методами фотолюминесцентной спектроскопии, в т.ч. с высоким временным разрешением. 7. Разработана численная модель органического светоизлучающего транзистора. Модель позволяет описывать инжекцию, транспорт и рекомбинацию носителей заряда. Рассчитаны вольтамперные характеристики транзистора, распределения электрического поля, концентрации носителей заряда и темп их рекомбинации в активном слое для различных значений задаваемых параметров модели. 8. Разработана лабораторная технология получения органических полевых транзисторов с электродами с разными работами выхода. Созданы образцы транзисторов с амбиполярным транспортом. Проведена оценка влияния естественной атмосферы на свойства, связанные с амбиполярным транспортом в органическом транзисторе при его создании и работе. Создан и исследован образец органического светоизлучающего транзистора на основе материалов, разработанных в проекте. 9. Организована и проведена 3-ая Международная школа по органической электронике IFSOE- 2016, с участием 10 ведущих российских и 10 ведущих зарубежных ученых в области органической электроники в качестве приглашенных лекторов, а также не менее, чем 40 молодых российских ученых, в т.ч. аспирантов и студентов. Проведение Школы должно ознакомить молодых ученых с последними достижениями в области органической электроники, позволить провести плодотворные дискуссии между учеными всех возрастов, наладить научное взаимодействие между российскими и зарубежными научными группами, работающими в данной области.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 6 июля 2015 г.-31 декабря 2015 г. | На пути к органическом инжекционном лазеру |
Результаты этапа: Синтезированы полупроводниковые олиготиофенфенилены с длиной сопряженной цепи из четырех ароматических колец и различными концевыми заместителями для задач проекта. Их химическое строение и чистота доказаны комплексом современных физико-химических методов. Получены монослойные самособирающиеся пленки на основе синтезированных олиготиофенфениленов на поверхности воды и твердых подложках. Исследованы их фотолюминесцентные свойства. На основе полученных пленок созданы монослойные полевые транзисторы и исследован транспорт зарядов в них. Разработан подход к получению аморфных люминесцентных пленок на основе кремнийорганических наноструктурированных люминофоров (КНЛ). Синтезирован аморфный КНЛ и исследованы его свойства в разбавленных растворах методами спектроскопии оптического поглощения и фотолюминсценции. Получены сильно-люминесцирующие аморфные полупроводниковые пленки на основе синтезированного КНЛ. Исследована их структура методами оптической поляризационной и атомно-силовой микроскопии. Исследованы их спектры поглощения и фотолюминесценции, получены значения квантового выхода фотолюминесценции. Выращены монокристаллы олиготиофенфениленов. Исследованы их фотолюминесцентные свойства (спектры и квантовый выход), созданы образцы полевых транзисторов на их основе, исследован транспорт зарядов в них. Созданы образцы гетероструктур типа самособирающаяся монослойная пленка на монокристалле. Исследованы их фотолюминесцентные свойства и предложены подходы к определению длины диффузии экситонов в монокристалле. Организована и проведена 2-ая Международная школа-конференция по органической электронике IFSOE-2015 | ||
2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | На пути к органическом инжекционном лазеру |
Результаты этапа: На втором этапе проекта был синтезирован ряд тиофен-фениленовых олигомеров (ТФО) с пятью и шестью сопряженными ароматическими кольцами и различными концевыми группами (триметилсилильными или алкильными). Для синтеза ТФО с пятью сопряженными ароматическими кольцами и триметилсилильной концевой группой (TMS-PTPTP-TMS) было разработано два подхода на основе реакции Сузуки. Первый из них, однако, приводил к образованию побочных продуктов в виде олигомеров с четырьмя и шестью сопряженными ароматическими кольцами (TMS-PTTP-TMS и TMS-PTPPTP-TMS), от следов которых очистить целевой продукт не удалось. Второй же метод позволил получить намного более чистый TMS-PTPTP-TMS с выходом на последней стадии 73%. Для изучения влияния природы ароматического кольца на свойства сопряженных олигомеров, были синтезированы другие олигомеры, содержащие четыре тиофеновых и одно бензольное кольцо с концевыми гексильными заместителями DH-TTPTT. Разработанный подход, основанный на реакции Кумады, позволил получить целевой олигомер с выходом 90%. На основе реакции Сузуки разработана методика и по ней синтезирован ТФО с шестью сопряженными ароматическими кольцами и триметилсилильной концевой группой TMS-P4TP-TMS с выходом 71%. Синтезирован новый аморфный кремнийорганический наноструктурированный люминофор (КНЛ) с пятью сопряженными ароматическими кольцами в качестве центрального излучающего фрагмента, который содержал 2’,4,5’-триметил-1,1’:4’,1’’-терфениловые (3PMe3) группы на периферии и бис(битиенил) бензотиадиазольный фрагментом (2T-Bz-2T) в центре молекулы. Исследованы оптические характеристики полученного КНЛ, в т.ч. квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ), который был в диапазоне 43 – 67% в зависимости от длины волны возбуждения, и проведена оценка эффективности внутримолекулярного переноса энергии, которая составила 64+/-5%. Детальное исследование оптических свойств кристаллов, полученных на основе синтезированных ранее ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами показало, что полученные образцы содержат примеси(допанты) более длинных сопряженных олигомеров с концентрацией менее 1%. Тем не менее, эти включения существенно влияют на свойства выращиваемых кристаллов. Поэтому на данном этапе работы, с учетом недостаточной чистоты полученных олигомеров, представлялось нецелесообразным проводить низкотемпературные измерения спектров фосфоресценции замороженных растворов ТФО. Вместо этого была разработана новая методика синтеза ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами, сводящая к минимуму вероятность образования более длинных сопряженных соединений, и исследована зависимость оптических свойств полученных кристаллов ТФО от содержания примеси (допанта). Для этого была разработана специальная методика определения содержания сверхмалых концентраций люминесцирующих примесей, образующихся в процессе синтеза ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами. Один из ключевых результатов данного этапа проекта состоит в следующем: обнаружено, что люминесцентные свойства монокристаллов ТФО во многом определяются примесями(допантами) с концентрациями менее 1%, в качестве которых выступают более длинные ТФО. Разработана методика роста из раствора монокристаллов ТФО TMS-P2TP-TMS, допированных акцептором энергии TMS-P4TP-TMS, имеющим примерно в два раза более высокий квантовый выход ФЛ (~40% в растворе и в монокристалле TMS-P2TP-TMS) по сравнению с TMS-P2TP-TMS (~20% в растворе и в недопирвоанном монокристалле). Продемонстрирован высокоэффективный безызлучательный перенос энергии с кристалла TMS-P2TP-TMS на допант TMS-P4TP-TMS с характерным временем ~50 пс, найдена оптимальная концентрация допанта, составляющая величину 0.7%. Методом физического парового транспорта выращены монокристаллы ТФО 1,4-бис(5-фенилтиофен-2-ил)бензол (PTPTP) с латеральными размерами в диапазоне 0.2-3.5 мм и толщинами в диапазоне 0.5-3.5 мкм. Исследованы их фото- и электрофизические свойства. Внешний квантовый выход ФЛ в них достигал 37%. Исследована кинетика спектров ФЛ с пикосекундным временным разрешением; показано, что максимум интенсивности ФЛ достигается при ориентации поляризации пучка возбуждения вдоль оси a кристаллической ячейки PTPTP. Органические полевые транзисторы (ОПТ), разработанные на основе кристаллов PTPTP показали дырочную подвижность до 0.027 см2/Вс при пороговых напряжениях около –5 В. Выращены монокристаллы фуран-фениленового олигомера 1,4-бис(5-фенилфуран-2-ил)бензол (BPFB) с латеральными размерами в диапазоне 0.2-1.5 мм и толщинами в диапазоне 0.6-4.5 мкм, исследованы их фото- и электрофизические свойства. Квантовый выход ФЛ для монокристаллов BPFB достигал 66% (с коррекцией на реабсорбцию ФЛ) и 45% для монокристаллов, выращенных из газовой фазы. Проведено сравнительное исследование кинетик ФЛ в монокристаллах, жидких и твердых растворах BPFB. Сделан вывод, что структурный порядок в монокристалле увеличивает время жизни экситонов и повышает квантовый выход ФЛ. Транзисторы на основе кристаллов BFFB продемонстрировали дырочную подвижность до 0.22 см2/Вс. Выращены монокристаллы DH-TTPTT, исследованы их структурные, фото и электрофизические свойства. Показано, что квантовый выход ФЛ достигает 17%, а дырочная подвижность носителей заряда составляет 0.07 см2/Вс. Обнаружена высокая механическая гибкость монокристаллов DH-TTPTT, таким образом, впервые получен высоко гибкий люминесцентный полупроводниковый монокристалл. Разработаны и исследованы амбиполярные ОПТ для работы в светоизлучающем режиме. На основе кристаллов PTPTP, TMS-PTTP-TMS и BPFB разработаны ОПТ с различными материалами электродов стока и истока. ОПТ на основе кристаллов PTPTP, TMS-PTTP-TMS продемонстрировали амбиполярный транспорт зарядов, тогда как ОПТ на основе кристаллов BPFB показали только дырочную подвижность. Подвижности зарядов в ОПТ на основе кристаллов PTPTP сбалансированы для дырок и электронов и достигают 0.01 см2/Вс. Пороговые напряжения для данных транзисторов достигают -15 В для дырок и 50 В для электронов. Подвижности в насыщенном режиме для кристаллов TMS-PTTP-TMS достигают 1.7*10-3 см2/Вс для электронов и 2.5*10-3 см2/Вс для дырок. Пороговые напряжения составили -30 В для дырок и 60 В для электронов. Разработана одномерная стационарная численная модель светоизлучающего ОПТ, основанная на уравнении Пуассона и уравнениях непрерывности. Рассчитаны вольтамперные характеристики ОПТ, распределения электрического поля, концентрации носителей заряда и темп их рекомбинации в канале ОПТ для различных значений задаваемых параметров модели. Рассчитаны выходные и передаточные характеристики ОПТ в амбиполярном (светоизлучающем) режиме. Показано, что в точке минимального тока на передаточной характеристике, являющейся наиболее предпочтительной для излучения света, распределение темпа рекомбинации электронов и дырок наиболее широкое и имеет максимум в центре канала ОПТ. Детально исследованы структура, морфология и ФЛ свойства монослоев Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) и Ленгмюра-Шеффера(ЛШ) силоксанового димера ТФО D2-Und-PTTP-TMS, полученного на первом этапе проекта. Изготовлен ряд пленок ЛБ и ЛШ при поверхностных давлениях непосредственно перед и сразу после коллапса слоя (30 и 40 мН/м), также исследовано влияние отжига в парах растворителя на структуру, морфологию и фотофизику монослоев. Из полученных структурных данных предложена модель упаковки молекул в монослое ЛШ. В результате впервые продемонстрированы монослойные полупроводниковые пленки с эффективной люминесценцией. В период с 18 по 23 сентября 2016 года организована и проведена 3-я Международная осенняя школа по органической электронике International Fall School on Organic Electronics (IFSOE-2016), которая явилась продолжением серии научных школ, начатой ИСПМ РАН и МГУ в 2014 г. Научная программа школы включала в себя следующие тематики: фундаментальные проблемы органической электроники; материалы для органической электроники; ОПТ; органические светоизлучающие устройства; органические и гибридные солнечные батареи; органические сенсоры; фотофизика, компьютерное моделирование и проблемы характеризации; технологии органической электроники. На IFSOE-2016 пленарные доклады сделали ведущие ученые Западной Европы, США и России, были организованы секции устных и стендовых докладов молодых ученых. Официальный язык школы – английский. Все материалы IFSOE-2016 представлены на сайте: http://www.ifsoe.ru Проведена предварительная работа по организации 13-ой Международной конференции по органической электронике ICOE-2016. Решением Международного Оргкомитета ICOE проведение ICOE-2016 запланировано на 4-8 июня 2017 года в г. Санкт-Петербург (Россия). В настоящее время для этого выбрано и забронировано место проведения конференции – Гостиница «Азимут», приглашены 18 ведущих лекторов международного уровня, 15 из которых подтвердили свое участие, разработан и открыт официальный сайт конференции www.icoe2017.ru, сделан и разослан целевой аудитории первый циркуляр конференции. C 1 декабря 2016 г на сайте www.icoe2017.ru открыта регистрация участников и прием тезисов. Результаты выполнения проекта отражены на интернет-сайтах: ifsoe.ru, icoe2017.ru, sunhen.phys.msu.ru, www.ispm.ru/lab8.html. В 2016 г. вышли три статьи из списка топ-25 и 4 статьи направлены в печать. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".