TIPS-pentacene come rivelatore di raggi-X

Il presente lavoro di tesi si inserisce all’interno del progetto europeo i-FLEXIS il cui obiettivo è lo sviluppo di un sensore di raggi X innovativo, affidabile, a basso costo e basato su componenti eterogenei organici. Attualmente, i rivelatori di radiazione ionizzante a stato solido fanno uso di materiali inorganici e sono ampiamente impiegati in ambito medico, industriale e come dispositivi per la sicurezza. Le scoperte scientifiche degli ultimi anni nell'ambito dei semiconduttori organici hanno evidenziato che tali materiali sono sensibili alla radiazione ionizzante e il loro utilizzo permette di realizzare rivelatori diretti di raggi-X, convertendo fotoni in segnale elettrico. Questi dispositivi sono caratterizzati da flessibilità, possibilità di lavorare a temperatura ambiente, basso costo di produzione, poca energia di alimentazione, alta sostenibilità ambientale e dalla possibilità di coprire grandi aree. Tutte queste proprietà concorrono ad incrementare sempre più l’attenzione e l’interesse dei ricercatori in questo relativamente nuovo mondo: i semiconduttori organici. In questa tesi sono stati esaminati cinque diversi campioni di TIPS-pentacene con la finalità di evidenziare quali si prestino meglio come rivelatori di raggi-X. I campioni sono tutti in diverse forme e spaziano dal cristallo singolo ai film sottili, con particolare attenzione al comportamento dei cristalli singoli cresciuti mediante processi di stampa direttamente sul substrato. Per quanto riguarda i semiconduttori organici, la frazione di raggi-X assorbita dai materiali è molto piccola e non è in grado di giustificare il segnale misurato. Si è effettuato inoltre un confronto tra la risposta dei campioni alla luce visibile e alla radiazione ionizzante per comprendere il meccanismo di generazione e rivelazione delle cariche in seguito all’assorbimento di raggi-X.

Studio di fotoconducibilità di cristalli di TIPS-pentacene

I semiconduttori organici presentano proprietà che consentono la produzione di dispositivi impensabili fino a pochi anni fa: sono flessibili, leggeri e robusti, ed inoltre facili ed economici da depositare. La loro capacità di rivelare direttamente la radiazione ionizzante, convertendola in segnale elettrico, li pone come ottimi candidati per una nuova generazione di rivelatori a stato solido per raggi X, utilizzabili in situazioni e luoghi prima inaccessibili a quelli inorganici, o addirittura comodamente indossabili. Tuttavia i fenomeni di fotogenerazione e raccolta di carica in questi materiali non sono ancora completamente compresi. Ottimali per lo studio di queste ed altre proprietà intrinseche sono le forme di impacchettamento a cristallo singolo. Questa tesi analizza e confronta i segnali elettrici di campioni di cristalli singoli di TIPS-pentacene quando esposti a flussi crescenti di radiazione visibile e di raggi X a diversi voltaggi, proponendo dei modelli per la loro interpretazione. Viene inoltre riportato un confronto con le stesse misure effettuate su un campione dello stesso materiale in forma di film sottile.

Rivelatori a stato solido per raggi X a base di pentacene

I rivelatori a stato solido per raggi X hanno applicazioni in diversi ambiti, in particolare sono ampiamente utilizzati in ambito medico, in ambito industriale e come dispositivi per la sicurezza. Essendo molto diffusi nella nostra quotidianità si è sempre alla ricerca di nuovi materiali e di nuove tecniche di fabbricazione in grado di ridurne i costi di produzione. Le ricerche attuali sono incentrate sullo studio di nuovi materiali sensibili ai raggi X, l'attenzione è particolarmente diretta ai semiconduttori organici. Questi materiali risultano molto interessanti in quanto sono solubili in molti solventi, tale caratteristica permette lo sviluppo di nuove tecniche di fabbricazione a basso costo per rivelatori di grandi aree. Una delle tecniche di maggiore interesse è la stampa a inchiostro su substrati flessibili e trasparenti. In questa tesi si analizzeranno le proprietà elettriche, in particolare la variazione del segnale di corrente in seguito all'irraggiamento da raggi X, di alcuni campioni costituiti da TIPS-pentacene. Ci si soffermerà in particolare sui metodi con cui tali cristalli sono stati deposti quali inkjet e drop-cast.

Transport Properties and Novel Sensing Applications of Organic Semiconducting Crystals

The present thesis is focused on the study of Organic Semiconducting Single Crystals (OSSCs) and crystalline thin films. In particular solution-grown OSSC, e.g. 4-hdroxycyanobenzene (4HCB) have been characterized in view of their applications as novel sensors of X-rays, gamma-rays, alpha particles radiations and chemical sensors. In the field of ionizing radiation detection, organic semiconductors have been proposed so far mainly as indirect detectors, i.e. as scintillators or as photodiodes. I first study the performance of 4HCB single crystals as direct X-ray detector i.e. the direct photon conversion into an electrical signal, assessing that they can operate at room temperature and in atmosphere, showing a stable and linear response with increasing dose rate. A dedicated study of the collecting electrodes geometry, crystal thickness and interaction volume allowed us to maximize the charge collection efficiency and sensitivity, thus assessing how OSSCs perform at low operating voltages and offer a great potential in the development of novel ionizing radiation sensors. To better understand the processes generating the observed X-ray signal, a comparative study is presented on OSSCs based on several small-molecules: 1,5-dinitronaphthalene (DNN), 1,8-naphthaleneimide (NTI), Rubrene and TIPS-pentacene. In addition, the proof of principle of gamma-rays and alpha particles has been assessed for 4HCB single crystals. I have also carried out an investigation of the electrical response of OSSCs exposed to vapour of volatile molecules, polar and non-polar. The last chapter deals with rubrene, the highest performing molecular crystals for electronic applications. We present an investigation on high quality, millimeter-sized, crystalline thin films (10 – 100 nm thick) realized by exploiting organic molecular beam epitaxy on water-soluble substrates. Space-Charge-Limited Current (SCLC) and photocurrent spectroscopy measurements have been carried out. A thin film transistor was fabricated onto a Cytop® dielectric layer. The FET mobility exceeding 2 cm2/Vs, definitely assess the quality of RUB films.

Caratterizzazione microscopica di un transistor organico a effetto di campo

Negli ultimi anni uno dei settori di ricerca più interessanti in ambito tecnologico è sicuramente quello dell'elettronica organica. Lo sviluppo è spinto dai vantaggi che portano i dispositivi basati su materiali organici: bassi costi di produzione, facilità di fabbricazione su grandi aree e flessibilità. In questa tesi andiamo ad esaminare un transistor organico a effetto di campo (OFET) dal punto di vista macroscopico e microscopico, cercando di mettere in relazione le sue caratteristiche morfologiche ed elettriche. Il dispositivo sottoposto ai test è un OFET realizzato con TIPS-pentacene come semiconduttore. Dai risultati ottenuti si evince che le prestazioni elettriche del transistor sono fortemente legate alla microstruttura assunta dal materiale organico durante la deposizione. I primi due capitoli illustrano i principi di funzionamento degli OFET e la tecnica SPM (scanning probe microscopy) utilizzata per l'indagine microscopica. Il terzo e quarto capitolo descrivono rispettivamente gli apparati sperimentali e i risultati ottenuti dall'indagine su due aree diverse del dispositivo.

Characterization of X-ray detectors based on organic semiconducting single crystals

Negli anni recenti, lo sviluppo dell’elettronica organica ha condotto all’impiego di materiali organici alla base di numerosi dispositivi elettronici, quali i diodi ad emissione di luce, i transistor ad effetto di campo, le celle solari e i rivelatori di radiazione. Riguardo quest’ultimi, gli studi riportati in letteratura si riferiscono per la maggiore a dispositivi basati su materiali organici a film sottile, che tuttavia presentano problemi relativi ad instabilità e degradazione. Come verrà illustrato, l’impiego di singoli cristalli organici come materiali alla base di questi dispositivi permette il superamento delle principali limitazioni che caratterizzano i rivelatori basati su film sottili. In questa attività sperimentale, dispositivi basati su cristalli organici semiconduttori verranno caratterizzati in base alle principali figure di merito dei rivelatori. Tra i campioni testati, alcuni dispositivi basati su singoli cristalli di 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl)-pentacene (TIPS-Pentacene) e 5,6,11,12-tetraphenyltetracene (Rubrene) hanno mostrato interessanti proprietà e sono stati quindi maggiormente studiati.

Fotoconduttori organici come rivelatori di raggi X

Rispetto alle loro controparti inorganiche, i semiconduttori organici presentano proprietà che consentono di usarli in modi fino a qualche anno fa impensabili: sono facili ed economici da depositare, flessibili, leggeri e robusti. Queste caratteristiche li rendono tra le altre cose ottimi candidati come rilevatori a stato solido di raggi X che possono persino essere comodamente indossati o utilizzati in situazioni e luoghi prima inaccessibili a quelli inorganici. I semiconduttori organici sono tuttavia fondamentalmente diversi da quelli inorganici e i fenomeni che regolano il trasporto e la generazione di cariche sono più complessi e non ancora compiutamente compresi. Allo scopo di migliorare la loro comprensione, questa tesi mette a confronto alcuni modelli teorici di generazione e ricombinazione di eccitoni, così da individuare quello più rispondente alle misure sperimentali effettuate relativamente alla risposta fotoconduttiva di cristalli singoli di TIPS-pentacene irradiati con raggi X.

In-situ detection of defect formation in organic flexible electronics by Kelvin Probe Force Microscopy

Organic semiconductor technology has attracted considerable research interest in view of its great promise for large area, lightweight, and flexible electronics applications. Owing to their advantages in processing and unique physical properties, organic semiconductors can bring exciting new opportunities for broad-impact applications requiring large area coverage, mechanical flexibility, low-temperature processing, and low cost. In order to achieve highly flexible device architecture it is crucial to understand on a microscopic scale how mechanical deformation affects the electrical performance of organic thin film devices. Towards this aim, I established in this thesis the experimental technique of Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) as a tool to investigate the morphology and the surface potential of organic semiconducting thin films under mechanical strain. KPFM has been employed to investigate the strain response of two different Organic Thin Film Transistor with active layer made by 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)-pentacene (TIPS-Pentacene), and Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT). The results show that this technique allows to investigate on a microscopic scale failure of flexible TFT with this kind of materials during bending. I find that the abrupt reduction of TIPS-pentacene device performance at critical bending radii is related to the formation of nano-cracks in the microcrystal morphology, easily identified due to the abrupt variation in surface potential caused by local increase in resistance. Numerical simulation of the bending mechanics of the transistor structure further identifies the mechanical strain exerted on the TIPS-pentacene micro-crystals as the fundamental origin of fracture. Instead for P3HT based transistors no significant reduction in electrical performance is observed during bending. This finding is attributed to the amorphous nature of the polymer giving rise to an elastic response without the occurrence of crack formation.

High performance transistors based on the controlled growth of triisopropylsilylethynyl-pentacene crystals via non-isotropic solvent evaporation

Triisopropylsilylethynyl-pentacene (TIPS-PEN) has proven to be one of the most promising small molecules in the field of molecular electronics, due to its unique features in terms of stability, performance and ease of processing. Among a wide variety of well-established techniques for the deposition of TIPS-PEN, blade-metered methods have recently gained great interest towards the formation of uniform crystalline films over a large area. Following this rationale, we herein designed a versatile approach based on blade-coating, which overcomes the problem of anisotropic crystal formation by manipulating the solvent evaporation behaviour, in a way that brings about a preferential degree of crystal orientation. The applicability of this method was evaluated by fabricating field-effect transistors on glass as well as on silicon dioxide/silicon (SiO2/Si) substrates. Interestingly, in an attempt to improve the rheological and wetting behaviour of the liquid films on the SiO2/Si substrates, we introduced a polymeric interlayer of polystyrene (PS) or polymethylmethacrylate (PMMA) which concurrently acts as passivation and crystallization assisting layer. In this case, the synergistic effects of the highly-ordered crystalline structure and the oxide surface modification were thoroughly investigated. The overall performance of the fabricated devices revealed excellent electrical characteristics, with high saturation mobilities up to 0.72 cm2 V-1 s-1 (on glass with polymeric dielectric), on/off current ratio >104 and low threshold voltage values (<-5 V). This journal is © the Partner Organisations 2014.

Why cybersafety tips don’t work for cyberbullying

Research into cyberbullying in Australia has been slow. This is partly because rigorous research takes time, both to conduct, to analyse and to publish. In addition, Australian governments and other decision makers did not realise that cyberbullying was happening until there was greater media attention to the problem in the last few years. This meant that there was no serious research money allocated to cyberbullying research in Australia until about two years ago. In addition, initial research has mainly looked at how many students have been cyberbullied and what were the consequences. As far as I know there is only one large research project which is looking at what programs actually work to prevent and/or intervene in cyberbullying in Australia and that will take time to ascertain. However, our society wants quick fixes and they want a quick fix for cyberbullying.

Tips for generating a media release and media coverage : how the media ate up my research on Aussie horror movies

The focus of this paper is preparing research for dissemination by mainstream print, broadcast, and online media. While the rise of the blogosphere and social media is proving an effective way of reaching niche audiences, my own research reached such an audience through traditional media. The first major study of Australian horror cinema, my PhD thesis A Dark New World: Anatomy of Australian Horror Films, generated strong interest from horror movie fans, film scholars, and filmmakers. I worked closely with the Queensland University of Technology’s (QUT) public relations unit to write two separate media releases circulated on October 13, 2008 and October 14, 2009. This chapter reflects upon the process of working with the media and provides tips for reaching audiences, particularly in terms of strategically planning outcomes. It delves into the background of my study which would later influence my approach to the media, the process of drafting media releases, and key outcomes and benefits from popularising research. A key lesson from this experience is that redeveloping research for the media requires a sharp writing style, letting go of academic justification, catchy quotes, and an ability to distil complex details into easy-to-understand concepts. Although my study received strong media coverage, and I have since become a media commentator, my experiences also revealed a number of pitfalls that are likely to arise for other researchers keen on targeting media coverage.

Small animal bone healing models : standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting

Small animal fracture models have gained increasing interest in fracture healing studies. To achieve standardized and defined study conditions, various variables must be carefully controlled when designing fracture healing experiments in mice or rats. The strain, age and sex of the animals may influence the process of fracture healing. Furthermore, the choice of the fracture fixation technique depends on the questions addressed, whereby intra- and extramedullary implants as well as open and closed surgical approaches may be considered. During the last few years, a variety of different, highly sophisticated implants for fracture fixation in small animals have been developed. Rigid fixation with locking plates or external fixators results in predominantly intramembranous healing in both mice and rats. Locking plates, external fixators, intramedullary screws, the locking nail and the pin-clip device allow different degrees of stability resulting in various amounts of endochondral and intramembranous healing. The use of common pins that do not provide rotational and axial stability during fracture stabilization should be discouraged in the future. Analyses should include at least biomechanical and histological evaluations, even if the focus of the study is directed towards the elucidation of molecular mechanisms of fracture healing using the largely available spectrum of antibodies and gene-targeted animals to study molecular mechanisms of fracture healing. This review discusses distinct requirements for the experimental setups as well as the advantages and pitfalls of the different fixation techniques in rats and mice.

Sound thinking : tips and tools for understanding popular music

Sound Thinking provides techniques and approaches to critically listen, think, talk and write about music you hear or make. It provides tips on making music and it encourages regular and deep thinking about music activities, which helps build a musical dialog that leads to deeper understanding.