Caracterização de um novo cristal líquido colunar derivado do perileno e investigação de processos de transferência de carga e energia para pares de diferentes cristais líquidos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-graduação em Física, Florianópolis, 2018. O presente trabalho tem como objetivo principal a caracterização de um novo cristal líquido (BP2I69), baseado no centro aromático benzoperileno. A investigação de processos de transferência de energia e carga para a combinação dele com outros CLCols visando potenciais aplicações em células solares também é um dos focos deste trabalho. A caracterização das propriedades mesomórficas do composto BP2I69 revelaram que o material apresenta a mesofase colunar hexagonal a temperatura ambiente, tornando-o atrativo para aplicações práticas. Além disso, o material apresenta excelente estabilidade térmica e propriedades ópticas na região visível do espectro eletromagnético, com elevado rendimento quântico de fluorescência. Na segunda parte do trabalho o CLCol BP2I69 foi combinado com outros dois CLCols para formar as heterojunções de volume BP2I69:H4 e M1:BP2I69 com diferentes proporções dos materiais. Os CLCols H4 e M1 também são derivados do centro perileno e apresentam a mesofase colunar hexagonal. Os processos de transferência de energia e de carga para os diferentes pares de CLCols foram principalmente investigados através de medidas de fluorescência estacionária e resolvida no tempo em solução e filme fino. As medidas de tempo de vida do estado excitado e de emissão resolvida no tempo indicaram que os filmes das misturas BP2I69:H4 apresentam fluorescência atrasada, a qual é associada a uma aniquilação tripleto-tripleto (ATT). A emissão de fluorescência atrasada também foi observada para o material H4 puro em solução, indicando que a ATT que ocorre nas misturas BP2I69:H4 deve-se as moléculas de H4. Os resultados de tempo de vida do estado excitado para as misturas M1:BP2I69 em solução, com concentração de 0,017 g/L em clorofórmio, indicaram uma redução do tempo de vida da molécula de BP2I69 com o aumento de M1 nas misturas, a qual está associada a uma transferência de energia do material BP2I69 para o material M1. Para a emissão dos filmes finos das misturas M1:BP2I69 também observou-se tempos de vida característicos da transferência de energia das moléculas de BP2I69 para as moléculas de M1, onde a emissão teve contribuição dominante dos agregados p-stacking de M1. Os espectros de eletroluminescência para os dispositivos dessa combinação exibiram comprimento de onda máximo e perfil da banda de emissão semelhante à eletroluminescência do dispositivo de M1 puro. Abstract : The main objective of this research is to characterize a new organic material (BP2I69), which exhibits liquid crystalline properties and it is based on benzoperilene aromatic core. The investigation of charge and energy transfer processes for the molecular combination of this material with others ColLCs aiming potential application in solar cells also comprises one of the objectives of this research. Mesomorphic properties of the compound BP2I69 revealed that the material presents a hexagonal columnar mesophase at room temperature, making it attractive for practical applications. In addition, the material presents an excellent thermal stability and exhibits optical properties in the visible range of the electromagnetic spectrum with high fluorescence quantum yield. In the second part of this work, the ColLC BP2I69 was combined in different proportions with two other ColLC in order to form the bulk heterojunctions BP2I69:H4 and M1:BP2I69. The ColLCs H4 and M1 are also perilene derivatives and exhibit the columnar hexagonal mesophase. The energy and charge transfer processes in the different pairs of ColLCs were mainly investigated through steady state and time resolved photoluminescence measurements in solution and thin films. The excited state lifetime and time resolved photoluminescence measurements indicated that the films of the BP2I69:H4 mixtures showed delayed fluorescence, which is related with triplet-triplet annihilation (TTA). The delayed fluorescence emission was also observed for the H4 neat compound in solution, indicating that the TTA that happen in the BP2I69:H4 mixtures arises of the H4 molecules. The excited state lifetime measurements for solutions, with concentration of 0,017 g/L in chloroform, indicated a reduced lifetime for the BP2I69 increasing the proportion of M1 molecules in the mixtures. This reduced lifetime is associated with energy transfer from BP2I69 to M1 molecules. For the M1:BP2I69 thin films emission, was observed a lifetime corresponding to the energy transfer from BP2I69 molecules to M1 molecules, which an emission was mainly dominated by the M1 aggregates due to the p-stacking interaction. The device electroluminescence spectra of this mixture showed both maximum wavelength and shape of the emission band similar to the electroluminescence spectrum of the neat M1 device.