Tuning the electral conductivity of an n-type organic semiconductor by means of solution doping for thermoeletric applications

dc.contributor.advisorPaskocimas, Carlos Alberto
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.authorSousa, Angel Roberta Oliveira de
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.referees1Barbosa, Ana Paula Cysne
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees2Grilo, João Paulo de Freitas
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.date.accessioned2020-02-04T18:40:44Z
dc.date.issued2020-01-09
dc.description.abstractOrganic thermoelectric devices are composed of conductive polymers capable of converting thermal energy into electrical energy, and vice versa, through Seebeck and Peltier Effects. Organic doping is one of the most important approaches used to improve and tune the electrical properties of polymers, especially N-type organic semiconductors, which are known to be the obstacle to improve the performance of thermoelectric devices, since their performance lags behind when compared to the Ptype semiconductor polymers due to their inefficient doping process. Systems using Poly { [ N , N′ - bis ( 2 – octyldodecyl ) – naphthalene – 1 , 4 , 5 , 8 - bis(dicarboximide)- 2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene) P(NDI2OD-T2), also known as N2200, as the host material, have been extensively investigated with 4 - ( 1 , 3 - Dimethyl - 2 , 3 - dihydro - 1 H - benzoimidazol - 2 - yl ) phenyl) dimethylamine (NDMBI), Mesitylene pentamethylcyclopentadienyl ruthenium dimer ((RuCp*mes)2), 4 - ( 1 , 3 - Dimethyl - 2 , 3 - dihydro - 1H - benzoimidazol - 2 – yl)-N,N-diphenylaniline (DPBI), Tetrabutilamonium fluoride hydrate (TBAF), among others, but nothing has been reported about the interaction of the NDMBI dimer with the P(NDI2OD-T2). Given this, the present work aimed to investigate the effect of the concentration increase of (NDMBI)2 in the N2200 used as a matrix, mainly evaluating the impact on the electrical conductivity and on the morphology of the produced film. The characterizations used in this study were Visible ultraviolet spectroscopy (UV-vis), Electronic Paramagnetic Resonance Spectroscopy (EPR), Atomic Force Microscopy (AFM), Kelvin Probe Microscopy (KPM), two-point probe station and the Thin Film Analyzer (TFA) from Linseis. The electrical characterizations were able to measure a 4 orders increase in the electrical conductivity for the 20% doped N2200-dimer sample when compared to the neat material N2200 and slightly doped samples. The Seebeck coefficient for the 10% doped sample was -80 uV/K and for the 20% was -66 uV/K at 30ºC. The AFM and the KPM helped to better understand the morphology and miscibility of the dopant in the host material.pt_BR
dc.description.embargo2021-01-15
dc.description.resumoDispositivos termoelétricos orgânicos são polímeros condutores capazes de converter energia térmica em elétrica, e vice-versa, através dos efeitos Seebeck e Peltier. A dopagem desses materiais orgânicos é uma das mais importantes abordagens utilizadas para melhorar e controlar as propriedades elétricas dos polímeros, principalmente dos semicondutores tipo n, os quais são reconhecidamente o empecilho para o avanço da performance dos dispositivos termoelétricos, devido ao seu desempenho aquém ao dos semicondutores tipo p e sua dopagem ineficiente. Sistemas utilizando Poly{[N,N′-bis(2-octildodecil)-nafthaleno - 1 , 4 , 5 , 8 - bis ( dicarboximida ) - 2 , 6 - diil ] - alt - 5 , 5′ - ( 2 , 2′ -bitiofeno) P(NDI2OD-T2), também conhecido como N2200, como material da matriz foram extensivamente investigados com os dopantes 4-(1,3-Dimetil-2,3-di-hidro-1H-benzoimidazol-2-il)fenil)dimetilamina (NDMBI) dímero de mesetileno pentametilciclopentandienil rutênio ((RuCp*mes)2), 4- (1,3-Dimetil-2,3-di-hidro-1H-benzoimidazol-2-il)-N,N-difenilanilina (DPBI), hidrato de fluoreto de tetrabutilamônio (TBAF), entre outros, porém nada foi reportado acerca do dímero do NDMBI. Diante disto, o presente trabalho se voltou para o estudo do efeito do aumento da concentração do (NDMBI)2 na matriz do N2200, principalmente seu impacto nas propriedades elétricas e na morfologia do filme produzido. Para tanto, foram utilizados espectroscopia no ultravioleta visível (UV-vis), espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (RPE), microscopia de força atômica (AFM), microscopia de potencial de superfície (KPFM), estação de medida elétrica pelo método de dois pontos e um equipamento especializado para medidas termoelétricas de filmes finos da Linseis. As caracterizações elétricas permitiram medir uma melhora na condutividade elétrica de até 4 ordens para a amostra de 20% N2200-(NDMBI)2 quando comparada ao N2200 sem a dopagem. O coeficiente Seebeck das amostras de 10% e 20% foram, respectivamente, -80 uV/K e -60uV/K a 30ºC. O AFM e o KPM auxiliaram na compreensão da correlação entre a quantidade de dopante presente, a condutividade elétrica e o aspecto morfológico do filme.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.identifier.citationSOUSA, Angel Roberta Oliveira de. Tuning the electral conductivity of an n-type organic semiconductor by means of solution doping for thermoeletric applications. 2020. 68f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28402
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectTermoelétrico orgânicopt_BR
dc.subjectDopagem orgânicapt_BR
dc.subjectCondutividade elétricapt_BR
dc.subjectN2200pt_BR
dc.subjectDímeropt_BR
dc.subject(N-DMBI)2pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.titleTuning the electral conductivity of an n-type organic semiconductor by means of solution doping for thermoeletric applicationspt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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