Il polifluorene e i suoi derivati sono materiali semiconduttori versatili con applicazioni in vari dispositivi optoelettronici polimerici, come dispositivi a emissione di luce, laser, celle solari, memorie, transistor a effetto di campo e sensori.
Il polifluorene e i suoi derivati sono polimeri conduttivi ovvero polimeri in grado di condurre elettricità studiati, per le loro inusuali proprietà e i potenziali campi di applicazione, da Alan Jay Heeger, Alan Graham MacDiarmid e Hideki Shirakawa vincitori nel 2000 del Premio Nobel per la Chimica.
La struttura del polifluorene è costituita da unità monomeriche di fluorene, molecola coplanare che esibisce fluorescenza viola, scoperto dal chimico francese Marcellin Berthelot nel 1867, che presenta un anello centrale con 5 atomi di carbonio legato a due anelli benzenici. Il polifluorene ha formula (C13H8)n in cui sono presenti, per ogni monomero due anelli benzenici disostituiti detti gruppi fenilenici.
Proprietà del polifluorene
struttura
Tra i polimeri π-coniugati caratterizzati dalla presenza di un’estesa coniugazione, ovvero da un’alternanza di legami singoli e doppi sulla catena principale, che genera e promuove la delocalizzazione elettronica fondamentale per la conducibilità del materiale, i polifluoreni e i copolimeri a base di fluorene sono stati e studiati per le loro eccezionali proprietà optoelettroniche.
Fin dal 1990 si è osservata l’elettroluminescenza, fenomeno di emissione di luce di un materiale sotto l’influenza di un campo elettrico in molti polimeri coniugati e, utilizzando una miscela polimerica con diverse caratteristiche di emissione e trasporto di carica, è stato possibile ottenere più colori di emissione.
A causa dell’ampio band gap che consente la fluorescenza blu il polifluorene, appartiene alla prima famiglia che emette nell’intero spettro visibile, dal blu al rosso. In genere, da ciascun polimero si ottiene un’emissione singola, ma i risultati dimostrano che è possibile ottenere più emissioni tramite la modifica e la progettazione appropriata dei polimeri.
derivati del polifluorene
L’introduzione di un copolimero o di una catena laterale nel polifluorene, ad esempio, aumenta ulteriormente la sintonizzabilità degli spettri di emissione del polimero, dimostrando che è possibile un’emissione multicolore da un singolo componente polimerico.
L’emissione rosso-verde-blu da un singolo polimero è stata ottenuta di recente da un polimero a forma di stella, dove il polifluorene ha fornito emissione nel blu, la modifica nel nucleo ha prodotto emissione verde e, infine, l’aggiunta di una sostanza dopante costituita da complessi metallici, coloranti o punti quantici che sono stati incorporati nel polimero, ha contribuito all’emissione rossa.
Celle solari
Le celle solari organiche, generalmente polimeriche, si avvalgono di polimeri organici conduttivi o piccole molecole organiche, per l’assorbimento della luce e il trasporto di carica al fine di produrre elettricità dalla luce solare mediante l’effetto fotovoltaico.
Affinché i polimeri funzionino in tali dispositivi è necessario che il trasporto di portatori di carica generati dalla luce avvenga senza difficoltà, che le caratteristiche di assorbimento ottico del polimero coprano sufficientemente bene lo spettro solare e che l’energetica del trasferimento di carica ad accettori adatti sia ben regolata.
luminescenza
I polimeri utilizzati sono basati sullo scheletro del poli( p -fenilene vinilene) e del politiofene e, solo di recente su polimeri basati sullo scheletro del polifluorene. Lo svantaggio intrinseco del polifluorene e dei suoi derivati nei fotodiodi è l’assenza di assorbimento ottico a energie inferiori ovvero nella parte rossa dello spettro, dove si trova gran parte dell’irradiazione solare. Tuttavia essi offrono buone possibilità di trasporto di carica, possono essere auto-organizzati come strutture cristalline liquide anisotropiche e possono essere prodotti sia come conduttori di elettroni che come conduttori di lacune. Esistono molti esempi di fluoreni copolimerizzati con altre strutture, come, ad esempio, tiofeni e benzotiadiazoli normalmente sviluppati per l’uso in dispositivi ad emissione luminosa.
Si ritiene che la copolimerizzazione di fluorene e gruppi donatore-accettore in catene polimeriche possa fornire materiali per applicazioni per fotodiodi e celle solari. Questo approccio potrebbe anche consentire materiali con assorbimento ottico al di sotto dell’elevato band gap del polifluorene puro, essenziale per fotodiodi in grado di assorbire una grande frazione dello spettro solare e quindi adatti per celle solari.
