ATILIM OPTOELEKTRONİK MALZEMELER VE SOLAR ENERJİ LABORATUVARI

Transkript

1 Kimya Lisans Öğrencileri (Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği, Kimya Mühendisliği-Biyomühendislik) Araştırma Projesi Eğitimi Çalıştayı KİMYA-3 (Çalıştay 2012-Malatya) ATILIM OPTOELEKTRONİK MALZEMELER VE SOLAR ENERJİ LABORATUVARI AKILLI MALZEMELERİN TASARIMI, SENTEZİ VE UYGULAMA ALANLARI Atilla CİHANER Atılım Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Uygulamalı Kimya Bölümü

2 2000 NOBEL ÖDÜLÜ-KİMYA Alan Heeger University of California at Santa Barbara Hideki Shirakawa University of Tsukuba Alan McDiarmid University of Pennsylvania

3 POLİASETİLEN

4 POLİASETİLENDE YÜK TAŞINIMI

5 ÖRNEK İLETKEN POLİMERLER n N H n n Poliasetilen 1977 (10 5 S/cm) Polipirol 1979 (600 S/cm) Polifenilen 1979 (500 S/cm) n S n NH n Poli(fenilen vinilen) PPV 1979 (10 S/cm) Politiyofen 1982 (200 S/cm) Polianilin 1985 (10 S/cm)

6 ARAŞTIRMA KONULARI KEMİLÜMİNESANS/ ELEKTRO(KEMİ)LÜMİNESANS POLİMERLER ELEKTROKROMİK ve FOTOKROMİK POLİMERLER POLİMERİK SENSÖRLER (ALGILAYICILAR) DÜŞÜK BANT ARALIKLI POLİMERLER SENTEZ MİKRO/NANO BOYUTLU POLİMERLER İLETKEN POLİMERLER UYGULAMA GÜNEŞ PİLLERİ IŞIK SAÇAN DİYOTLAR ELEKTROKROMİK CİHAZLAR SENSÖRLER ADLİ TIP BİLGİ DEPOLAMA

7 LUMİNOL ESASLI YENİ BİR BİLEŞİK GRUBU VE İLETKEN POLİMERLERİ

8 KEMİLÜMİNESANS (CHEMILUMINESCENCE) Kemilüminesans: Kimyasal tepkimeler (gaz, sıvı veya katı hal tepkimeleri) sonucunda uyarılmış halde olan tepkime ara-basamağının veya ürünün kendisindeki aşırı mevcut enerjiyi ortama ışık olarak vermesidir. taşınabilir soğuk ışık kaynağı olarak adlitıp eser elementlerin ve metallerin tayini tepkime mekanizmaları ve molekül özellikleri immünoassay ve gen analizleri klinik testler (glikoz, protein, kan, vb.)

9 LUMİNOL ÜN KEMİLÜMİNESANSI VE ADLİTIP KULLANIMI SUÇ GECESİ CSI ADLİTIP HEME Organizma içinde HEMATİN Organizma dışında F. Barni et al., Talanta, 72, 896 (2007).

10 POLİANİLİN VE POLİLUMİNOL O HN NH Luminol O NH 2 Asidik ve organik ortamlarda düşük çözünürlük O HN NH NH 2 O O O H N Poliluminol O O NH 2 N N N N O HN O O NH 2 NH O O H N HN NH O H N n İnce bir film tabakası Tanımlanamayan polimer yapısı Çözünmezlik NH 2 O O E.P. Koval chuk, I.V. Grynchyshyn, O.V. Reshetnyak, R.Y. Gladyshevs kyj, J. Blazejowski, Eur. Polym. J., 41 (2005) 1315.

11 DİTİYENİLPİROL ESASLI İŞLEVSEL POLİMERLER Cihaner A., Algı F., J. Electroanal. Chem., 614, (2008) Cihaner A., Algı F., Electrochim. Acta, 54, (2008) Cihaner, A., Algı, F., Electrochim. Acta, 53, (2008). Cihaner A., Algı F., Electrochim. Acta, 54, (2009) Algı F., Cihaner A.,Tetrahedron Lett., 49, (2008) Cihaner A., Mert O., Demir A.S., Electrochim. Acta, 54, (2009) Cihaner A., Algı F., Electrochim. Acta, 54, (2008)

12 LUMİNOL ESASLI DİTİYENİLPİROL Asil D., Cihaner A., Algı F., Önal A.M., Electroanalysis, basımda (2010)

13 LUMİNOL ESASLI DİTİYENİLPİROL (LÜMİNESANS VE REDOKS ÖZELLİKLERİ) Asil D., Cihaner A., Algı F., Önal A.M., Electroanalysis, (2010)

14 LUMİNOL ESASLI DİTİYENİLPİROL (OPTİKSEL VE LÜMİNESANS ÖZELLİKLERİ) Asil D., Cihaner A., Algı F., Önal A.M., Electroanalysis, basımda (2010)

15 LUMİNOL ESASLI HETEROSİKLİK BİLEŞİKLER Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Electrochim. Acta, 54, 6740 (2009)

16 LUMİNOL ESASLI TERTİYENİL (KEMİLÜMİNESANS VE ALGILAYICI ÖZELLİKLERİ) Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Chem. Commun., (2009). Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Electrochim. Acta, 54, 6740 (2009)

17 LUMİNOL ESASLI TERTİYENİL İN ADLİTIP UYGULAMASI Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Chem. Commun., 307 (2009).

18 LUMİNOL ESASLI TERTİYENİL (ELEKTROKİMYASAL POLİMERİZASYON) Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Chem. Commun., 307 (2009).

19 LUMİNOL TİPİ POLİTERTİYOFEN (ELEKTROKROMİK, MORFOLOJİK ve LÜMİNESANS ÖZELLİKLERİ) Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Chem. Commun., 307 (2009). Igarashi S., Hinze W.L., Anal. Chem., 60, 445 (1988).

20 LUMİNOL TİPİ POLİMERLER Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Chem. Commun., (2009). Atılgan N., Algı F., Önal A.M., Cihaner A., Tetrahedron, 65, (2009) Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Electrochim. Acta, 54, (2009) Asil D., Cihaner A., Önal A.M., Algi, F., Electroanalysis, (2010)

21 ELEKTROKROMİK POLİMERLER RGB ve CMY-K RENK SERİLERİ

22 ELEKTROKROMİK POLİMERLER Elektrokromizm: dışarıdan uygulanan bir potansiyel yardımı ile ilgili malzemenin farklı renklere ve tonlarına dönüşmesidir. birden fazla renge dönüşebilmesi yüksek optiksel kontrast oranı tersinirlik kararlılık hızlı anahtarlanabilirlik işlenebilirlik düşük maliyet İletkenlik Bandı Değerlik Bandı

23 ELEKTROKROMİK POLİMERLER VE UYGULAMA ALANLARI EKRANLAR VE GÖSTERGELER ANAHTARLANABİLİR AYNALAR GEÇİRİCİ/EMİCİ CAMLAR GÜNEŞ GÖZLÜKLERİ-KASKLAR KAMUFLAJLAR ASKERİ KIYAFETLER Rosseinsky D.R.; Mortimer R.J. Adv. Mater. 2001, 13, 783

24 KONJÜGE POLİMERLERDE RENK KONTROLÜ Elektrokromizmi Etkileyen Etkenler Renk Etkinliği Yüksek Renk Zıtlığı Yük Alımı/Verilimi Polimer Filminin Kararlılığı Tersinir Renk Değişimi Yapısal Esneklik monomer yapısının elde edilmesi istenilen polimer özelliğine göre kolay değiştirilebilmesi Band Aralığı Kontrolü Bağ Uzunluğu Değişimi Düzlemsellik Zincirlerarası Etkileşim Rezonans Etkisi Elektron Alıcı-Verici Birimler Arası Etkileşim Elektronca zengin dioksitiyofenler

25 YAPISAL DEĞİŞİKLİKLER VE RENK KONTROLÜ = neutral + = p-doped - = n-doped i = intermediate i + 0 i + Cihaner Araştırma Grubu: http: atilim.edu.tr/~cihaner

26 MAVİ KIRMIZI RGB ELEKTROKROMİK POLİMERLER yeşil kırmızı mavi CIE 1931 Renk Sistemi CIE: Commission Internationale de l'eclairage

27 4,7-Dİ-2-TİYENİL-2,1,3-BENZOSELENADİAZOL (TSeT) A. Cihaner, F. Algı, Adv. Funct. Mater. 18 (2008) 3583.

28 4,7-Dİ-2,3-DİHİDROTİYENO[3,4-b][1,4]DİOKSİN-5-YL- 2,1,3-BENZOSELENADİAZOL (ESeE) A. Cihaner, F. Algı, Adv. Funct. Mater. 18 (2008) 3583.

29 PESeE NİN ELEKTROKİMYASAL ÖZELLİKLERİ A. Cihaner, F. Algı, Adv. Funct. Mater. 18 (2008) 3583.

30 PESeE NİN OPTİKSEL ÖZELLİKLERİ A. Cihaner, F. Algı, Adv. Funct. Mater. 18 (2008) 3583.

31 İŞLENEBİLİR VE NÖTR HALDE YEŞİL RENGE SAHİP ELEKTROKROMİK BİR POLİMER İÇİN MONOMER TASARIMI İşlenebilirlik/ Çözünürlük Düşük Yükseltgenme Potansiyeli Yüksek Renk Kontrastı Yüksek Geçirgenlik (Şeffaflık) Tanımlanabilir Yapı Düşük Bant Aralığı Düşük Yükseltgenme Potansiyeli En Az İki Soğurma Bandı n- ve p-tipi Doping

32 PPSeP NİN ELEKTROKİMYASAL VE OPTİKSEL ÖZELLİKLERİ

33 PPSeP NİN TERSİNİRLİK VE KARARLILIK ÖZELLİKLERİ 1 AY SONRA

34 DONÖR VE AKSEPTÖR BİRİMLERİNİN ELETROKROMİK ÖZELLİKLERE ETKİSİ + = p-doping 0 = nötr (E g = 1.05 ev) 0 + (E g = 1.46 ev) 0 + (E g = 1.37 ev) - = n-doping (E g = 1.17 ev) (E g = 1.49 ev) (E g = 1.81 ev) 0 + (E g = 1.40 ev) A. Cihaner, F. Algı, Adv. Funct. Mater. 18 (2008) F. Algı, A. Cihaner, Org. Electron., 10 (2009) 704.

35 CMY-K RENK SERİSİ CAM GÖBEĞİ KEY BLACK Cihaner Araştırma Grubu

36 RENK KARIŞIM TEORİSİ? cmy

37 CAM GÖBEĞİ + SARI = YEŞİL?

38 RENK KARIŞIM TEORİSİ

39 RENK KARIŞIM TEORİSİ

40 DONÖR-AKSEPTÖR-DONÖR ESASLI POLİMERİK MALZEMELERİN UYGULAMA ALANLARI Nötr hallerinde renkli olup yükseltgen hallerinde yüksek geçirgenliğe (şeffaflık) sahip olmalarından dolayı ekranlarda, e-kitaplar ve RGB elektrokromik cihazlarda Elektrokromik özellikleri ve radar sinyallerini soğurmalarından dolayı askeri alanda kamuflaj ve gizlilik amaçlı kullanılmaları Termal, emisyon ve renk kararlılıklarından dolayı LED ve ekranlarda UV, vis ve NIR bölgelerini içini alacak iki veya daha daha fazla soğurma bantına sahip olmaları ve düşük bant aralıklarından dolayı güneş pillerinde İçli M., Pamuk M., Algı F., Önal A.M., Cihaner A., Organic Electronics., incelemede (2010)

41 OPTOELEKTRONİK MALZEMELER İÇİN YENİ BİR PLATFORM: ÇÖZÜNÜR POLİ(3,4-PROPİLENDİOKSİSELENOFEN)LER

42 M. Li, Y. Sheynin, A. Patra, M. Bendikov Chem. Mater. 21, 2482 (2009). A. Patra, Y. H. Wijsboom, S. S. Zade, Y. Sheynin, G. Leitus, M. Bendikov, J. Am. Chem. Soc., 130, 6734 (2008). PEDOS, PEDOT a KARŞI Se atomu (S atomu ile karşılaştırıldığında) Daha az elektronegatiflik Daha fazla metalik karakter Daha büyük atomik boyut E yük, monomer (V) V (vs. SCE) V (vs. SCE) V (vs. Ag/AgCl) λ max 635 nm nm nm %T 54 % 55 % % E g (Band Aralığı) ev ev ev Nötr Hal Blue Blue Blue Yükseltgen Hal Transparent Renk Etkinliği 137 cm 2 /C Anahtarlanma Süresi 2.2 s Transparent 212 cm 2 /C 0.6 s Transparent cm 2 /C s İletkenlik S/cm 3-7 S/cm -

43 ÇÖZÜNÜR ELEKTROKROMİK POLİMER ELDESİ İÇİN MONOMER TASARIMI x Çözünürlük Düşük Yükseltgenme Potansiyeli Yüksek Renk Kontrastı Yüksek Geçirgenlik (Şeffaflık) Tanımlanabilir Yapı Düşük Bant Aralığı

44 ProDOS-C 6 a:1 st, b: 1000 th, c:2000 th, d: 3000 th, e:4000 th, f:5000 th

45 SPEKTROELEKTROKİMYA ProDOS-C V 0.9 V

46 ÇÖZÜNÜR ve İŞLENEBİLİR PProDOS-Cn

47 A. Laforgue, J. Mater. Chem., (2010) BUKALEMUN KAMUFLAJLAR ve PLEDLER

48 ORTAKLIKLAR

49 ARAŞTIRMA GRUBU Prof. Dr. Ahmet M. ÖNAL (Kimya Bölümü, ODTÜ) Yard. Doç. Dr. Fatih ALGI (Kimya Bölümü, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi) Merve İÇİL (Kimya Bölümü, ODTÜ) Samed ATAK (Kimya Bölümü, ODTÜ) Demet ASİL (Kimya Bölümü, ODTÜ) Nurdan ATILGAN (Kimya Bölümü, ODTÜ)

50 TEŞEKKÜRLER... Kimya Lisans Öğrencileri (Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği, Kimya Mühendisliği-Biyomühendislik) Araştırma Projesi Eğitimi Çalıştayı KİMYA-3 (Çalıştay 2012-Malatya)