Pi-konjugierte Plasmapolymere als organische Halbleiter durch vorstrukturierte single-source-Precursoren

Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung einer neuartigen Synthesestrategie von π-konjugierten Plasmapolymeren durch die Anwendung von vorstrukturierten aromatischen Precursoren und gepulsten Niederdruckplasmen. Es gelang erstmals die strukturtreue Synthese von π-konjugierten organischen Plasmapolymeren mit dem vollkommenen Erhalt der aromatischen Funktionalität und der selektiven para-Verknüpfung aromatischer Einheiten durch geeignete Heteroatome. Hierbei kamen 1,4-Dithiophenol zur Synthese von Plasmapoly(p-phenylensulfid) und 4-Iodanilin zur Synthese von Plasmapolyanilin zur Anwendung. Die mit hoher Präzision abgeschiedenen Filme konnten sowohl postsynthetisch als auch in situ p-dotiert werden. Die chemischen Strukturen sowie deren physikalisch-chemischen Eigenschaften konnten vor allem mittels Röntgenphotoelektronen-, UV-VIS-NIR-, IR-, NMR-, ESR- und Impedanz-Spektroskopie aufgeklärt werden. Die synthetisierten dotierten Plasmapolymere zeigten eindeutig ohmsche Leistungsmechanismen, teilweise mit einer Leitfähigkeitserhöhung von bis zu 8 Dekaden gegenüber dem undotierten konventionellen Polymer.

In this work, a new synthetic approach of π-conjugated plasma polymers is developed by means of pulsed low pressure plasmas and predesigned aromatic precursors. The structure preservative synthesis of organic π-conjugated plasma polymers was carried out for the first time. The aromaticity of the precursors was fully retained and selective coupling of aromatic structures in para-position was archived in high degree. The precursors 1,4-Benzenedithiol and 4-Iodoaniline were used to prepare plasmapoly(p-phenylene sulfide) and plasmapolyaniline. The high-precisely deposited thin films could be p-doped in situ or post-synthetically. Chemical structures and physico-chemical properties could be investigated in detail particularly with XPS-, UV-VIS-NIR-, IR-, NMR-, ESR-, and impedance-spectroscopy. The synthesized doped plasma polymers showed clear resistive conduction behavior with an increase of conductivity up to 8 orders of magnitude, compared to the undoped conventional polymer.