Engineering thin polymer films surface using silanes

Thin polymer films are widely used in many organic electronic devices e.g. in light-emitting diodes, field effect transistors and organic photovoltaic devices. Variety of selected physical and chemical properties, like Surface Free energy (SFE), conduction or the work function gives them large application possibilities, especially in dynamically developing technology such as plastic and organic electronics. In presented work, I have shown a method to control surface free energy of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):(polystyrene sulfonate) (PEDOT:PSS) thin films by evaporation trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane (3FS). Value of SFE can be controlled via time of evaporation of 3FS molecules, which was proven based on the measurement of the contact angle. The maximum achieved change of SFE was 22.5 mJ/m2 referred to the unmodified film. Additionally I presented the influence of the modification on the morphology of solution-cast model poly(3-butylthiophene):poly(4-bromostyrene) (P3BT:dPBrS) thin films.

Cienkie warstwy organiczne na bazie polimerów ze względu na swoje unikalne właściwości fizykochemiczne znajdują coraz większe zastosowanie w technologii oraz przemyśle. Spośród licznych urządzeń, w których są one wykorzystywane można wymienić organiczne diody elektroluminescencyjne, ogniwa fotowoltaiczne czy tranzystory polowe. Możliwość kontrolowania wybranych właściwości takich warstw m.in.: swobodnej energii powierzchniowej, przewodnictwa, czy pracy wyjścia daje ogromne możliwości aplikacyjne, szczególnie w dynamicznie rozwijającej się branży elektroniki plastikowej i organicznej.Cienkie warstwy poli(3,4-etylenodioksytiofenu):(sulfonianu polistyrenu) (PEDOT:PSS) wytworzone metodą spin-coatingu na podłożu krzemowym, wystawiono na działanie par molekuł trimetoksy (3,3,3-trifluoropropylo) silanu (3FS) rozpuszczonych w toluenie. Porównanie widm mas otrzymanych metodą spektrometrii mas jonów wtórnych (SIMS) dla czystych i modyfikowanych próbek wykazało, że molekuły silanów adsorbują do powierzchni PEDOT:PSS. Obecność tych molekuł, posiadających trwały moment dipolowy znacząco wpływa na wartość swobodniej energii powierzchniowej modyfikowanych warstw, co zostało udowodnione na podstawie pomiarów kąta zwilżania. Podczas prowadzonych badań udało się w kontrolowany sposób zmieniać wartość swobodnej energii powierzchniowej w zależności od czasu ekspozycji warstwy na pary roztworu silanów w zakresie od 65 do 45 mJ/m2. Dodatkowo wykorzystanie mikroskopu sił atomowych (AFM) do zobrazowania powierzchni cienkich warstw mieszaniny poli(3-butylotiofenu):deuterowanego poli(4-bromostyrenu) (P3BT:dPBrS) rozlewanych na modyfikowanym podłożu PEDOT:PSS pozwoliło dowieść, że morfologia takiej warstwy jest silnie skorelowana ze stopniem modyfikacji tego podłoża.