Synthese und Charakterisierung neuartiger, ambipolarer organischer Halbleiter, basierend auf Perylencarboximid-Systemen kombiniert mit funktionalisierten Spirobifluoreneinheiten

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von donor-funktionalisierten Spiro-Perylencarboximiden, welche für den Einsatz in optoelektronischen Bauelementen wie z.B. organischen Phototransistoren, Feldeffekttransistoren oder Solarzellen vorgesehen sind. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide stellen kovalent gebundene Donor-Akzeptor-Verbindungen dar, die unter geeigneter Belichtung einen ladungsgetrennten Zustand bilden können. Die Verbindungen wurden aus unterschiedlichen Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten synthetisiert, die im Baukastenprinzip zu den entsprechenden Zielverbindungen umgesetzt wurden. Mittels unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden (z.B. DSC, TGA, CV, Absorptions- und Fluoreszenzmessungen) wurden die Eigenschaften der neuartigen Zielverbindungen untersucht. Im Rahmen der Arbeit wurden vier neue Spiroamin-Edukte erstmalig synthetisiert und charakterisiert. Sie wurden durch Reduktion aus den bisher noch nicht beschriebenen Nitroverbindungen bzw. mittels Pd-katalysierter Kreuzkupplung (Hartwig-Buchwald-Reaktion) aus einer halogenierten Spiroverbindung erhalten. Als Perylenanhydrid-Edukt wurde erstmals eine perfluorierte Perylenanhydrid-Imid-Verbindung hergestellt. Aus den Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten wurden insgesamt neun neue, donorfunktionalisierte Spiro-Perylencarboximide synthetisiert. Zusätzlich wurden sechs neuartige Spiro-Perylencarboximide ohne Diphenylamin-Donor hergestellt, die als Vergleichsverbindungen dienten. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide besitzen eine Absorption im UV- und sichtbaren Spektralbereich, wobei hohe Extinktionskoeffizienten erreicht werden. Die Verbindungen zeigen in verdünnter Lösung (sowohl in polaren als auch in unpolaren Lösungsmitteln) eine Fluoreszenzquantenausbeute unter 1 %, was auf einen effizienten Ladungstransfer zurückzuführen ist. Alle donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide zeigen in den CV-Messungen reversibles Verhalten. Mittels CV-Messungen und optischer Methode konnten die HOMO- und LUMO-Lagen der jeweiligen Molekülhälften berechnet und das Fluoreszenzverhalten der Verbindungen erklärt werden. Ebenso konnten die Auswirkungen von unterschiedlichen Substituenten auf die jeweiligen HOMO-/LUMO-Lagen näher untersucht werden. Die durchgeführten DSC- und TGA-Untersuchungen zeigen hohe morphologische und thermische Stabilität der Verbindungen, wobei Glasübergangstemperaturen > 211 °C, Schmelztemperaturen > 388 °C und Zersetzungstemperaturen > 453 °C gemessen wurden. Diese Werte sind höher als die bisher in der Literatur für ähnliche spiroverknüpfte Verbindungen berichteten. Als besonders interessant haben sich die unsymmetrischen donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide herausgestellt. Sie zeigen hohe Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln, sind bis zu einer Molmasse < 1227 g/mol aufdampfbar und bilden stabile, amorphe Schichten.

Zytogenetische Untersuchungen zur Bestimmung der chromosomalen Aneuploidie in der Karzinogenese sowie für die Frühdiagnostik des Pankreaskarzinoms

Bauchspeicheldrüsenkrebs ist die vierthäufigste Krebstodesursache in Deutschland. Durch die tiefe Lage des Organs im Körperinneren und das späte Auftreten von Symptomen erfolgt die Diagnose meist zu einem sehr späten Zeitpunkt, zu dem eine Resektion des Tumors in 80% der Fälle nicht mehr möglich ist. Die Hälfte der Patienten verstirbt bereits im ersten Jahr nach Diagnosestellung. Nach heutiger Erkenntnis entwickeln sich Adenokarzinome der Bauchspeicheldrüse über schrittweise histologische Veränderungen, die sogenannten PanIN Läsionen (pancreatic intraepithelial neoplasia). Bis heute fehlen jedoch klinisch einsetzbare Parameter für die Früherkennung des Karzinoms und seiner Vorstufen. Bisher ist nicht vollständig geklärt, welche molekularen Veränderungen hierbei eine wesentliche Rolle spielen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, die molekular- und zytogenetische Mutationsinzidenz und -Sequenz im Verlauf der neoplastischen Progression in der PanIN-Sequenz aufzuklären. Unter Anwendung der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) wird weiterführend die Frage beantwortet, ob sich der Nachweis von zytogenetischen Veränderungen in Zellen, die endoskopisch aus dem Pankreassekret gewonnen wurden, als neuartiger Ansatz für eine Frühdiagnostik nutzen lassen. Die molekulargenetischen Analysen zeigen, dass die PanIN-Läsionen aus Geweben mit chronischer Pankreatitis denen aus Geweben mit Karzinomen gleichzusetzen sind. Veränderungen in der Anzahl einzelner Chromosomen, sowie Basenmutationen finden sich bereits in den frühesten Gangläsionen. Die diffuse Verteilung von Genmutationen lässt einen mutagenen Feldeffekt vermuten, in welchem endogene (z.B. Pankreasenzyme, oxidativer Stress) und/oder exogene (z.B. Nikotin, Alkohol) Noxen auf verschiedene Pankreasgänge während einer langen Zeit einwirken. Auf der Basis der erhaltenen Daten kann angenommen werden, dass die prä-neoplastischen Läsionen in Geweben mit chronischer Pankreatitis eine Progression durchlaufen, in der sich sporadische Defekte wie Basenmutationen und Mitosefehler (Aneuplodien) akkumulieren. Die biologische Relevanz für die Tumorentstehung sollte jedoch immer im klinischen Kontext betrachtet werden. In Kombination mit weiteren Parametern (z.B. Alter, Dauer der Pankreatitis) könnte dies eine Möglichkeit bieten, das Risiko für die Entstehung eines Karzinoms individuell zu bestimmen und somit Patienten frühzeitig genug vor der Manifestation eines Tumors einer (Teil-)Resektion des Organs zuzuführen.

Engineering the electronic bandgaps and band edge positions in carbon-substituted 2D boron nitride: a first-principles investigation

Modification of graphene to open a robust gap in its electronic spectrum is essential for its use in field effect transistors and photochemistry applications. Inspired by recent experimental success in the preparation of homogeneous alloys of graphene and boron nitride (BN), we consider here engineering the electronic structure and bandgap of C2xB1−xN1−x alloys via both compositional and configurational modification. We start from the BN end-member, which already has a large bandgap, and then show that (a) the bandgap can in principle be reduced to about 2 eV with moderate substitution of C (x < 0.25); and (b) the electronic structure of C2xB1−xN1−x can be further tuned not only with composition x, but also with the configuration adopted by C substituents in the BN matrix. Our analysis, based on accurate screened hybrid functional calculations, provides a clear understanding of the correlation found between the bandgap and the level of aggregation of C atoms: the bandgap decreases most when the C atoms are maximally isolated, and increases with aggregation of C atoms due to the formation of bonding and anti-bonding bands associated with hybridization of occupied and empty defect states. We determine the location of valence and conduction band edges relative to vacuum and discuss the implications on the potential use of 2D C2xB1−xN1−x alloys in photocatalytic applications. Finally, we assess the thermodynamic limitations on the formation of these alloys using a cluster expansion model derived from first-principles.

Layer-by-Layer Assembly of Carbon Nanotubes Incorporated in Light-Addressable Potentiometric Sensors

The integration of carbon nanotubes in conjunction with a chemical or biological recognition element into a semiconductor field-effect device (FED) may lead to new (bio)chemical sensors. In this study, we present a new concept to develop field-effect-based sensors, using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) platform modified with layer-by-layer (LbL) films of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and polyamidoamine (PAMAM) dendrimers. Film growth was monitored for each layer adsorbed on the LAPS chip by Measuring current-voltage (IIV) curves. The morphology of the films was analyzed via atomic force microscopy (AFM) and field-emission scanning electron microscopy (FESEM), revealing the formation of a highly interconnected nanostructure of SWNTs-network into the dendrimer layers. Constant current (CC) Measurements showed that the incorporation of the PAMAM/SWNT LbL film containing LIP to 6 bilayers onto the LAPS Structure has a high pH sensitivity of ca. 58 mV/pH. The biosensing ability of the devices was tested for penicillin G via adsorptive immobilization of the enzyme penicillinase atop the LgL film. LAPS architectures modified with the LbL film exhibited higher sensitivity, ca. 100 mV/decade, in comparison to ca. 79 mV/decade for all unmodified LAPS, which demonstrates the potential application of the CNT-LbL Structure in field-effect-based (bio)chemical sensors.

Filmes finos dielétricos para dispositivos microeletrônicos avançados

Apresentamos mecanismos de formação e de degradação térmica de filmes fi- nos (espessura da ordem de 10 nm) de diferentes dielétricos sobre substrato de silício monocristalino. Tendo em vista a aplicação dessas estruturas em MOSFETs (transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), estudamos o consagrado óxido de silício (SiO2), os atuais substitutos oxinitretos de silício (SiOxNy) e o possível substituto futuro óxido de alumínio (Al2O3). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas preparativas de substituição isotópica e de caracterização física com feixes de íons (análise com reações nucleares) ou raios- X (espectroscopia de fotoelétrons). Observamos que: (a) átomos de silício não apresentam difusão de longo alcance (além de ~ 2 nm) durante o crescimento de SiO2 por oxidação térmica do silício em O2; (b) nitretação hipertérmica é capaz de produzir filmes finos de oxinitreto de silício com até dez vezes mais nitrogênio que o resultante do processamento térmico usual, sendo que esse nitrogênio tende a se acumular na interface SiOxNy/Si; e (c) átomos de oxigênio, alumínio e silício migram e promovem reações químicas durante o recozimento térmico de estruturas Al2O3/SiO2/Si em presença de O2. Desenvolvemos um modelo de difusão-reação que poderá vir a permitir o estabelecimento de condições ótimas de processamento térmico para filmes finos de Al2O3 sobre silício a serem empregados na fabricação de MOSFETs.

Growth of Al2O3 thin film by oxidation of resistively evaporated Al on top of SnO2, and electrical properties of the heterojunction SnO2/Al2O3

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Detection of volatile organic compounds using a polythiophene derivative

Conjugated polymers have been subject of great interest in the recent literature from both fundamental point of view and applied science perspective. Among the several types of conjugated polymers used in recent investigations, polythiophene and its derivatives have attracted considerable attention over the past 20 years due to their high mobility and other remarkable solid-state properties. They have potential applications in many fields, such as microelectronic devices, catalysts, organic field-effect transistors, chemical sensors, and biosensors. They have been studied as gas and volatile organic compounds (VOCs) sensors using different principles or transduction techniques, such as optical absorption, conductivity, and capacitance measurements. In this work, we report on the fabrication of gas sensors based on a conducting polymer on an interdigitated gold electrode. We use as active layer of the sensor a polythiophene derivative: poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and analyzed its conductivity as response for exposure to dynamic flow of saturated vapors of six VOCs [n-hexane, toluene, chloroform, dichloromethane, methanol, and tetrahydrofuran (THE)]. Different responses were obtained upon exposure to all VOCs, THF gave the higher response while methanol the lower response. The influence of moisture on the measurements was also evaluated. (C) 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Energy transfer and frequency upconversion in Yb3+-Er3+-doped PbO-GeO2 glass containing silver nanoparticles

We report the infrared-to-visible frequency upconversion in Er3+-Yb3+-codoped PbO-GeO2 glass containing silver nanoparticles (NPs). The optical excitation is made with a laser at 980 nm in resonance with the F-2(5/2)-> F-2(7/2) transition of Yb3+ ions. Intense emission bands centered at 525, 550, and 662 nm were observed corresponding to Er3+ transitions. The simultaneous influence of the Yb3+-> Er3+ energy transfer and the contribution of the intensified local field effect due to the silver NPs give origin to the enhancement of the whole frequency upconversion spectra.

Optically anisotropic and photoconducting Langmuir-Blodgett films of neat poly(3-hexylthiophene)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Investigação de propriedades de filmes finos de Al2O3 para aplicação em dispositivos eletrônicos

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Portadores quentes: modelo browniano

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Técnicas avançadas para caracterização de processos de transporte dependente do Spin

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Investigação das características I x V e C x V de NCPS puro, com nitrogênio substitucional carregado (-1 e +1) e com grupos doador (NO2)-aceitador (NH2) através de métodos derivados de hartree-fock

Neste trabalho, fizemos uma investigação sobre o estudo teórico das características I x V e C x V de Nanotubo Carbono de Parede Simples (NCPS) puro, com Nitrogênio substitucional carregado com cargas -1 (caracterizando um indicativo de dopagem tipo n) e +1 (caracterizando um indicativo de dopagem tipo p) e na presença de grupos doador (NO₂)-aceitador (NH₂), através da simulação computacional do estado fundamental de NCPS, bem como de sua estrutura eletrônica e propriedades ópticas, utilizando parametrizações semi-empíricas AM1 (Austin Mudel 1) e ZINDO/S-ClS (Zerner´s lntermediate Neglect of Differential Orbital/Spectroscopic - Cunfiguration lnteraction Single) derivadas da Teoria de Hartree-Fock baseada em técnicas de química quântica. Por meio deste modelo teórico analisamos as propriedades ópticas e eletrônicas, de maior interesse para esses materiais, a fim de se entender a melhor forma de interação desses materiais na fabricação de dispositivos eletrônicos, tais como TECs (Transistores de Efeito de Campo) ou em aplicações em optoeletrônica tais como DEL (Dispositivo Emissor de Luz). Observamos que NCPS com Nitrogênio substitucional apresentam defeitos conformacionais do tipo polarônico. Fizemos as curvas dos espectros UV-visível de Absorção para NCPS armchair e zigzag puro, com Nitrogênio substitucional carregado com cargas (-1 e +1) e na presença de grupos doador (NO₂)-aceitador (NH₂), quando perturbados por intensidades diferentes de campo elétrico. Verificamos que em NCPS zigzag ao aumentarmos a intensidade do campo elétrico, suas curvas sofrem grandes perturbações. Obtivemos as curvas p x E, I x V e C x V para esses NCPS, concluímos que NCPS armchair possui comportamento resistor, pois suas curvas são lineares e zigzag possui comportamento semelhante ao dos dispositivos eletrônicos importantes para o avanço tecnológico. Assim, nossos resultados estão de bom acordo com os resultados experimentais e teóricos de NCPS puro e com Nitrogênio encontrados na literatura.

Micro-inverter for integrated grid-tie photovoltaic module using resonant controller

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caracterização e aplicação da Blenda PEDOT : PSS/PVA na construção de eletrodos transparentes e dispositivos eletroluminescentes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)