Synthese von oberflächengepfropften konjugierten Polyelektrolyt-Mehrschichten sowie konjugierten Polymerhydrogelen und eine systematische Untersuchung der Interdependenz von Mischleitung und Quellungsgrad

• Antragsteller: Professor Dr. Mukundan Thelakkat
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459614649

Organische gemischte Ionen-Elektronen-Leiter (OMIEC) fungieren als aktive Materialien in organischen elektrochemischen Transistoren (OECTs). Diese Materialien sollten im gequollenen Zustand unter Spannung hohe ionischen und elektronischen Ladungstransport aufweisen. Die Mischleitung hängt vollständig vom Grad der Quellung in wässrigen Medien unter Spannung ab, und daher ist eine Kontrolle über den Grad der Quellung der OMIEC erforderlich, um das Zusammenspiel verschiedener Eigenschaften wie elektronischer Transport, Ionentransport, Quellung und Stabilität in wässrigen Medien zu untersuchen und zu verstehen.In diesem Projekt planen wir die Synthese neuartiger OMIECs mit einer Kontrolle der Quellbarkeit sowie hoher Mischionen-Elektronenleitfähigkeit mit Betriebsstabilität in OECT ohne die Notwendigkeit externer Vernetzer. Unsere Hypothese ist, dass eine gewünschte Abstimmung und Kontrolle des Quellungsgrades von OMIECs durch die Verwendung von a) konjugierten Polyelektrolyt-Multischichten und b) konjugierten Polymerhydrogelen möglich ist. Beide Systeme werden oberflächengepfropft, um die Haltbarkeit der Filme im Elektrolyten zu gewährleisten. Die konjugierten Polyelektrolyt-Mehrschichten werden durch aufeinanderfolgende Abscheidung von anionischen und kationischen konjugierten Polyelektrolyten mittels LbL-Methode realisiert. Die konjugierten Polymerhydrogele werden durch C-H-Insertionsvernetzung (CHic) unter Verwendung von polymerisierbarem Diazomalonsäureester (MAz) hergestellt. Beide Konzepte bieten einzigartige gewebeähnliche weiche mechanische Eigenschaften in Kombination mit den elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter. Das Hauptziel besteht darin, den Grad der Quellung zu kontrollieren, um den Einfluss der Quellung auf die elektronischen und ionischen Eigenschaften von OMIECs aufzuklären. Im ersten Fall wird der Grad der Quellung durch die Anzahl der Doppelschichten abgestimmt, während er im zweiten Fall durch den Vernetzungsgrad gesteuert wird. Wir konzentrieren uns speziell auf: 1. Wie unterscheidet sich der LbL-Aufbau von Multischichten vom CHic-Ansatz in Bezug auf den Grad der Quellung, seine Kontrolle, die Ansprechzeit, die Zyklenstabilität und die Dünnfilmstabilität eines OECT? 2. Wie hängt die Mischleitung vom Grad der Schwellung ab?Die Aufklärung der Mischleitung als Funktion der Quellung, wie sie in diesem Vorschlag vorgesehen ist, wird erstmals das Verständnis des komplexen Zusammenspiels von Quellung und Mischleitung auf systematische Weise ermöglichen. Dieser Antrag bietet einen grundlegenden Schritt zur Erstellung von Richtlinien für den Entwurf effizienter OMIECs, die alle gewünschten Voraussetzungen einer optimalen Quellung, eines hohen Ionen- und Elektronentransports sowie der Stabilität in wässrigem Medium erfüllen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen