Step-growth reactions for monodisperse conjugated polymer particles

• Stufenwachstumsreaktionen für monodisperse konjugierte Polymerpartikel

Ciftci, Sibel; Martin Möller, Prof. Dr. (Thesis advisor); Alexander Kuehne, Prof. Dr. (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Inspiriert von den in der Natur vorkommenden kolloidalen photonischen Kristallen war die Herstellung monodisperser Partikel, die sich spontan zu Kristallen zusammensetzen, schon immer eine reizvolle Herausforderung für Wissenschaftler. Photonische Kristalle aus den unterschiedlichsten Materialien finden in zahlreichen Bereichen vielfältige Anwendungen, wie beispielsweise in Biosensoren, Lichtwellenleiter und vielen anderen optoelektronischen Bauelementen. In dieser Arbeit werden neue Ansätze zur Herstellung von monodispersen Nanopartikeln aus halbleitenden konjugierten Polymeren mittels Dispersionspolymerisationen vorgestellt. Diese Partikel haben die Eigenschaft sich ohne aufwändige und kostspielige Nanofabrikationsmethoden selbst zu photonischen Kristallen zu assemblieren. Im ersten Teil dieser Arbeit werden monodisperse konjugierte Polymer-Nanopartikel (CPNs) mittels Palladium-katalysierter Heck-Kreuzkupplungs-Dispersionspolymerisation hergestellt. Diese Partikel assemblieren sich zu photonischen Kristallen und können als Laserverstärkungsmedium eingesetzt werden. Aufgrund der möglichen Metallrückstände in den synthetisierten Partikeln, die für die weitere Anwendung nachteilig sein können, befassen sich die folgenden Kapitel dieser Arbeit ausschließlich mit metallfreien Herstellungsmethoden. Zunächst wird die Synthese metallfreier Kern-Schale Partikel vorgestellt, deren Herstellung durch die metallfreie Knoevenagel-Dispersionspolymerisation mit dielektrischen SiO2-Partikeln möglich ist. Diese Hybridpartikel zeigen Laseraktivität und fungieren als Flüstergalerieresonatoren. Die letzten Kapitel dieser Arbeit beschäftigen sich mit der neuartigen Horner-Wadsworth-Emmons Dispersionspolymerisation. Diese Methode bietet eine Reihe von verschiedenen konjugierten Partikeln, die in dieser Arbeit synthetisiert werden. Sowohl monodisperse konjugierte Kolloide als auch kristalline plättchenförmige Partikel sowie vernetzte konjugierte Gerüstpartikel lassen sich hiermit synthetisieren. Diese Polymerisation kommt nicht nur ohne Metallkatalysator aus, sondern findet auch unter enorm milden Bedingungen statt. In dieser Arbeit wird außerdem die Kinetik der zugrundeliegenden Partikelbildung aller oben genannten Stufenwachstums-Dispersionspolymerisationen untersucht. Anhand dieser Daten wird untersucht, unter welchen Bedingungen monodisperse Partikel durch eine Stufenwachstumspolykondensation gewonnen werden können. Diese Arbeit eröffnet den Weg für die Synthese maßgeschneiderter konjugierter Polymer Partikel und deren Anwendung in optoelektronischen Bauelementen in naher Zukunft.