Novel photo/conductive organic fibers for flexible optoelectronics

Abstract

The continuous technological evolution that is moving toward the manufacture of smaller and more efficient devices allied with the growing environmental awareness concerning plastic materials has challenging researchers to develop new materials that could fulfill both premises. Optic/electronic materials are in constant evolution and are an example of a demanding field of research that could be found in most of now-a-day applications, from LEDs in cars and in housing light, batteries and antistatics, among others. Between the several strategies to obtain materials with optic/electronic properties and taking into account all the environmental concerns. The development of composites or nanocomposites combining biodegradable polymers and environmental friendly processing techniques is an alternative. The final optical and/or electronic properties are provided by the introduction of functional materials, such as carbon nanotubes and porphyrins. Therefore, in this work composites of carbon nanotubes (CNT) and cellulose acetate (CA), which is a biodegradable polymer, were developed in order to achieve the desired electrical conductivity through melt mixing processing, since CNTs are known as excellent fillers with amazing conductive properties. Also, porphyrins, which are conjugated macromolecules recognized not only by its optical but also by the possibility of having electrical properties were incorporated with the polymer and nanofibers were obtained through electrospinning. The results revealed that CNTs nanocomposites achieved the desired electric conductivity when 0.5 wt% of non-functionalized CNTs were melt mixing with CA. Metallation of porphyrins with a transition metal (iridium) affected severely of the final properties of the nanofibers, which exhibited distinct characteristics. CA fibers with the porphyrin showed fluorescence and high intensity emission, but they did not exhibit electrical properties. Whereas, the nanofibers prepared with the metallated porphyrin showed a lower emissivity but revealed the establishment of conductive paths. Overall, the results of this research work demonstrated that it is possible to obtain CA based novel materials with optic and/or electronic properties by the incorporation of nanotubes or porphyrins.

Atualmente a tecnológica evoluiu para a produção de dispositivos com dimensões reduzidas mas também mais eficientes. Esta necessidade quando aliada às motivações ambientais sobre a crescente utilização de plásticos, tem desafiado investigadores a desenvolver materiais inovadores que cumpram ambas as premissas. Os materiais óptico/electrónicos utilizados em dispositivos, são um exemplo de uma área de pesquisa muito exigente. Estes podem ser encontrados na maioria das aplicações utilizadas no nosso dia-a-dia como em LEDs nos automóveis e na iluminação das nossas habitações, baterias e também como anti-estáticos, entre outros. Considerando as várias estratégias possíveis para obter materiais com propriedades óptico/electrónicas e tendo em conta todas as preocupações ambientais, o desenvolvimento de materiais compósitos ou nanocompósitos com polímeros biodegradáveis usando técnicas de processamento amigas do ambiente surge com uma alternativa. As propriedades ópticas e/ou electrónicas finais são proporcionados pela introdução de materiais funcionais, tais como nanotubos de carbono e porfirinas. De acordo com este desafio, neste trabalho compósitos de acetato de celulose (CA), polímero biodegradável, e nanotubos de carbono (CNT), foram desenvolvidos através do processamento no fundido de forma a obter materiais que exibam algum nível de condutividade eléctrica, uma vez que os nanotubos de carbono são caracterizados como excelentes reforços com propriedades condutoras surpreendentes. As porfirinas, que são macromoléculas conjugadas conhecidas não só pelas suas propriedades ópticas mas também pela possibilidade de exibirem propriedades eléctricas, foram incorporadas no polímero obtendo-se nanofibras utilizando a técnica de electrospinning. Os resultados mostraram que os nanocompósitos com os nanotubos de carbono apresentaram a condutividade eléctrica desejada, quando 0,5 % em peso de nanotubos de carbono não funcionalizados foram incorporados no CA. ,Verificou-se também que a introdução de um metal de transição (irídio) nas porfirinas afectou as propriedades finais das nanofibras, obtendo-se fibras com características distintas. As fibras de CA com as porfirinas apresentaram fluorescência e uma alta intensidade de emissão, mas não exibiu propriedades eléctricas. Enquanto que as nanofibras preparadas com a porfirina metalizada mostrou uma emissividade inferior, mas revelou alguma condutividade eléctrica. No geral, os resultados desta investigação revelaram que é possível obter materiais inovadores com propriedades óptico/electrónicas baseados na incorporação de nanotubos ou porfirinas num polímero biodegradável.