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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/40975
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Title: Análise da viabilidade de corantes naturais empregados como camada ativa em dispositivos eletrônicos
Authors: Pereira, Vilany Santana
metadata.dc.contributor.email: vilanysantana@hotmail.com
Orientador(es):: Blawid, Stefan Michael
Assunto:: Eletrônica orgânica
Sustentabilidade
Corantes naturais
Issue Date: 20-May-2021
Citation: PEREIRA, Vilany Santana. Análise da viabilidade de corantes naturais empregados como camada ativa em dispositivos eletrônicos. 2021. xxi, 125 f. il. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2021.
Abstract: A revolução da microeletrônica nas últimas décadas trouxe grandes benefícios para a sociedade moderna, mas também efeitos drásticos para o meio ambiente. Com o advento dos materiais verdes na eletrônica orgânica, impactos ambientais podem ser mitigados desde a produção do dispositivo até o seu descarte. Nesse contexto, o presente trabalho avalia uma seleção de corantes (bixina, curcumina, crocina, amarelo natural, marrom natural, índigo) como materiais semicondutores de camada ativa para dispositivos eletrônicos. A densidade de carga dos corantes estudados foi alterada experimentalmente por diferentes técnicas. Os gaps ópticos e eletrônicos foram medidos por UV-Vis e espectroscopia fotoeletrônica, respectivamente, bem como estimados teoricamente. Os espectros de absorção de UV-vis também indicam a formação de agregados fornecendo entendimento sobre transporte intra e intercadeia em corantes. Para tanto, descrevemos os conceitos teóricos desenvolvidos para o polímero semicondutor P3HT e os aplicamos à análise espectral dos corantes. A correlação entre os picos do Bixin assemelha-se ao P3HT, o que indica acoplamento mais fraco se comparado aos demais corantes, com menor agregação das moléculas em solução. Portanto, curcumin, crocin e índigo devem ter maior mobilidade intercadeia por apresentarem acoplamento mais forte na direção do empilhamento π. A XDR realizado no Laboratório Brasileiro de Luz Síncroton forneceu as distâncias de empilhamento desses corantes. Foram geradas cargas foto e térmicamente estimuladas por meio de simulador solar, provando o caráter semicondutor dos corantes. O efeito de um campo elétrico de acumulação de carga foi estudado empregando duas configurações de dispositivo diferentes. Para a arquitetura BG / BC fotam obtidas as curva características de um transistor contendo crocin como camada ativa, resultado até então não relatado na literatura nas mesmas condições de processamento: atmosfera ambiente, depositado a partir de solução, por drop casting. Este resultado promissor e encorajador abre a porta para uma futura exploração do transporte de cargas em corantes vegetais. Com a arquitetura BG / TC, só foi possível extrair resultados analisáveis para P3HT. As medições dos corantes foram inconclusivas, provavelmente devido ao colapso da camada, entre outras possibilidades. Desta forma, os resultados obtidos neste trabalho traçaram etapas essenciais para viabilizar os corantes naturais como materiais semicondutores da camada ativa em dispositivos eletrônicos verdes de baixo custo.
Abstract: The microelectronics revolution in recent decades has not only brought great benefits to modern society but has also brought drastic effects to the environment. With the advent of green materials in organic electronics, it might be possible to mitigate environmental impacts along the whole supply chain, from device production to its disposal. In this context, the present work evaluates a selection of dyes (bixin, curcumin, crocin, natural yellow, natural brown, indigo) as active layer semiconductor materials for electronic devices. The charge density of the studied dyes was altered experimentally by different techniques. The optical and electronic gaps were measured using UV-Vis and photoelectronic spectroscopy, respectively, as well theoretically estimated. Measuring UV-vis absorption spectra also provides insights about aggregation and consequently a better understanding of the intra- and interchain transport of charges in dyes. To this extent, we describe theoretical concepts developed for the semiconducting polymer P3HT and apply them to the spectra analysis of the dyes. The correlation between the observed absorption peaks of bixin resembles P3HT, indicating weaker intermolecular coupling as observed in the other investigated dyes, with less aggregation of the molecules in solution. Therefore, curcumin, crocin and indigo must have greater interchain mobility since they present stronger coupling in the direction of the π-stacking. X-ray diffraction performed at the Brazilian Synchroton Light Laboratory gave the stacking distances of these dyes. Photo and thermal charges could be generated by illumination with visible light. The resulting modulation of photocurrents prooves the semiconducting character of the dyes. The effect of a charge accumulating electric field was studied employing two different device configurations. For the BG/BC architecture with an active crocin layer, sampling several transfer curves revealed the prototypical transistor output curve, a finding hitherto not reported in the literature under the same processing conditions, i.e., deposition from solution by drop casting under ambient atmosphere. This promising and encouraging result opens the door for future exploitation of charge transport in vegetable dyes. With the BG/TC architecture, it was only possible to extract analyzable results for P3HT. Measurements for the dyes were inconclusive, probably due to layer collapse, among other possibilities. In conclusion, the results obtained in this work traced essential steps for enabling natural dyes as active layer semiconductor materials in green electronic devices fabricated at low cost
Description: Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, Brasília, 2021.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Appears in Collections:ENE - Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)

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