Rasterkraftmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Meine interdisziplinäre Arbeitsgruppe aus Polymerchemikern und Physikochemikern beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Physikalischen Chemie von Funktionspolymeren. Eine Hauptexpertise liegt dabei im Bereich der Filmbildung und gezielten Nanostrukturierung polymerer Materialien. Insbesondere betrachten wir Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in konjugierten halbleitenden Polymeren, einer Klasse von Materialien, die für optoelektronische Anwendungen (OFETs, OPV) relevant sind. Hierzu werden die optischen, elektrischen, elektrochemischen und optoelektronischen Eigenschaften dieser Polymermaterialien studiert und mit der Morphologie auf der Nano- und Mesoskala korreliert. Das Rasterkraftmikroskop stellt für meine Arbeitsgruppe daher eine zentrale Analysemethode zur Charakterisierung nanostrukturierter Polymerfilme dar. Diese hochauflösende Abbildungsmethode erlaubt es uns, sowohl die Phasenmorphologie von Blockcopolymeren als auch Ordnungsphänomene basierend auf der Kristallisation konjugierter halbleitender Polymere zu untersuchen. Aus diesem Grund findet das Gerät in einem Großteil der in meiner Arbeitsgruppe bearbeiteten Projekte Verwendung. Exemplarisch sollen im Folgenden aktuelle Forschungsschwerpunkte herausgestellt werden. Teilkristalline konjugierte Polymere besitzen auf Grund ihrer Fähigkeit zu kristallisieren einzigartige richtungsabhängige Ladungstransporteigenschaften. Für das n-leitende Polymer Poly{[N,N′-bis(2- octyldodecyl)-1,4,5,8-naphthalendicarboximid-2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophen)} P(NDI2OD-T2) konnten wir durch Transistormessungen an strukturierten Dünnfilmen nachweisen, dass die Ladungsträgermobilität entlang der Polymerkette am größten ist. Das Rasterkraftmikroskop erlaubte dabei die Aufklärung der Nanomorphologie des Polymerfilms in Abhängigkeit eines zur Organisation der Makromoleküle eingesetzten Temperprogramms. Insbesondere wurden nach einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts von niedermolekularem P(NDI2OD-T2) periodisch angeordnete lamellenartige Strukturen identifiziert. Großes wissenschaftliches Interesse besteht momentan an Donor-Akzeptor-Copolymeren mit niedriger Bandlücke. Hier ist es uns gelungen, durch ein in unserer Arbeitsgruppe entwickeltes Verfahren zum kontrollierten Tempern von Polymerfilmen im Lösungsmitteldampf, selbst ein als schwer-kristallisierbar geltendes System wie Poly[2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl))-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b‘]dithiophen-2,6-diyl]] (PCPDTBT) in wohlgeordneten sphärolithischen und terrassenartigen Strukturen zu kristallisieren. Die Rasterkraftmikroskopie spielte dabei eine wesentliche Rolle bei der Untersuchung der Nanomorphologie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of Processing Solvents on Optical Properties and Morphology of a Semicrystalline Low Bandgap Polymer in the Neutral and Charged States. Macromolecules 46, 2013, 4924
F.S.U. Fischer, K. Tremel, A.-K. Saur, S. Link, M. Brinkmann, J.T. López Navarrete, M.C. Ruiz Delgado, S. Ludwigs
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Charge Transport Anisotropy in Highly Oriented Thin Films of the Acceptor Polymer P(NDI2OD-T2). Adv. Energy Mater. 2014, 1301659
K. Tremel, F.S.U. Fischer, N. Kayunkid, R. Di Pietro, R. Tkachov, A. Kiriy, D. Neher, S. Ludwigs, M. Brinkmann
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Dithienosilole-Based All-Conjugated Block Copolymers Synthesized by a Combination of Quasi-Living Kumada and Negishi Catalyst-Transfer Polycondensations. Polymer Chemistry, 5, 2014, 5383
T. Erdmann, J. Back, R. Tkachov, A. Ruff, B. Voit, S. Ludwigs, A. Kiriy
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Enhanced Photogeneration of Polaron Pairs in Neat Semicrystalline Donor-Acceptor Copolymer Films via Direct Excitation of Interchain Aggregates, J. Phys. Chem. Lett. 6, 2015, 1196
D. Di Nuzzo, D. Viola, F.S.U. Fischer, G. Cerullo, S. Ludwigs, E. Da Como
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Highly Crystalline Films of PCPDTBT with Branched Side Chains by Solvent Vapor Crystallization: Influence on Opto-Electronic Properties. Adv. Mater. 27, 2015, 1223
F.S.U. Fischer, D. Trefz, J. Back, N. Kayunkid, B. Tornow, S. Albrecht, K.G. Yager, G. Singh, A. Karim, D. Neher, M. Brinkmann, S. Ludwigs
