Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kunststoff-Polymeren unter die Haube geschaut - Organische Halbleiter auf Molekülebene analysiert

07.10.2004


Werden sie mit Strom angeregt, so emittieren sie Licht. Das macht konjugierte Kunststoff-Polymere so interessant für einen möglichen Einsatz als organische Halbleiter in Bildschirmen, Solarzellen und anderen optoelektronischen Anwendungen. Tatsächlich gibt es mittlerweile hunderte verschiedener Polymersorten, die schon in Leuchtdioden Verwendung finden. Was bislang allerdings fehlte, war eine Klassifizierung dieser Polymere, um anhand ihrer chemischen Struktur physikalische Eigenschaften vorherzusagen - und sogar gezielt neue Stoffe entwickeln zu können. Mit Hilfe der Einzelmolekülspektroskopie ist ein Team unter der Leitung von Dr. John Lupton und Professor Dr. Jochen Feldmann vom Lehrstuhl für Photonik und Optoelektronik am Department für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München diesem Ziel einen Schritt näher gekommen, wie in der Fachzeitschrift PNAS (Bd. 101, Nr. 41, 12. 10. 2004) berichtet. "Dabei konnten wir zeigen, dass sehr unterschiedliche Materialien auf der Einzelmolekülebene identische Eigenschaften besitzen können", so Lupton.



Gegenüber herkömmlichen Halbleitern wie Silizium oder Galliumarsenid bieten konjugierte Kunststoff-Polymere den Vorteil, einfach hergestellt werden zu können und sich zu großen, mechanisch biegsamen Bauelementen verarbeiten zu lassen. Der Kreativität der Chemiker bei der Herstellung neuer Materialien ist dabei kaum eine Grenze gesetzt. "Dabei werden jeder neu synthetisierten Kreation neue Eigenschaften zugeschrieben", so Lupton. "Aber eine wirklich grundlegende Korrelation der chemischen Struktur dieser langkettigen Kunststoffe, etwa der Elemente, die das Rückgrat bilden, oder jener, die dieses verzieren, existiert noch nicht."

... mehr zu:
»Chromophor »Halbleiter »Lupton »Physik


Bei konjugierten Halbleitern handelt es sich um molekulare Halbleiter. "Deshalb macht es Sinn, Untersuchungen auf der Ebene einzelner Moleküle durchzuführen", meint Florian Schindler, Erstautor der Studie. "So kann man anhand des Verhaltens eines einzelnen Moleküls Rückschlüsse auf die Ensembleeigenschaften wie in einer Photodiode, Solarzelle oder Leuchtdiode gewinnen." Die Einzelmolekülspektroskopie erwies sich dabei als Mittel der Wahl. Bei dieser Art der Analyse werden nur einzelne Moleküle untersucht, so dass auch deren individuelle Veränderungen im zeitlichen Verlauf beobachtet werden können. Bei einer gleichzeitigen Untersuchung mehrerer Moleküle überlappen die verschiedenen Zustände, so dass nur ein Durchschnittswert ermittelt werden kann.

Die konjugierten Polymere bestehen aus langen Ketten, die sich aus einzelnen Segmenten zusammensetzen. Diese so genannten Chromophore sind die Licht emittierenden Untereinheiten, die miteinander wechselwirken wie Lichtquellen auf einer Lichterkette. Erlischt eine dieser molekularen Lichtquellen, so kann dies auch zum Erlöschen der anderen führen. Die Chromophore waren die Untereinheiten, die von Lupton und seinem Team mittels Einzelmolekülspektroskopie individuell analysiert wurden. Die Physiker wählten dazu technologisch vielversprechende, aber chemisch sehr unterschiedlich aufgebaute Materialien. Tatsächlich konnten auf der Ebene der einzelnen Chromophore aber identische spektroskopische Merkmale nachgewiesen werden, die damit von der chemischen Struktur weitgehend unabhängig zu sein scheinen.

Die Physiker schlagen nun vor, dass Korrelationen zwischen Struktur und physikalischen Eigenschaften vorwiegend aus der "molekularen Überstruktur" resultieren, also daraus, wie sich die Polymere selbst organisieren. "Man könnte das damit vergleichen, dass in zwei unterschiedlichen Materialien - oder, wenn man so will, in einem Ford und einem Porsche - dieselben Glühlampen stecken", meint Lupton. Ebenfalls untersucht wurde der Vorgang, wenn ein Chromophor erlischt und die restlichen Lichtquellen folgen. "Dieser "Wackelkontakt" folgt einer vorgegebenen Systematik", berichtet Lupton. "Es flackern nicht nur die Lichter an und aus, sondern die Lichter selbst ändern in kurzen Zeitabständen ihre Farbe. Wir vermuten eine Umverteilung von Ladungen in der Umgebung des Moleküls." Die konjugierten Systeme bieten aber wohl nicht nur diesen neuartigen physikalischen Effekt. "Es könnten auch Anwendungen in der nanoskaligen Optoelektronik möglich sein", meint Lupton. "Dabei werden Bauelemente aus einzelnen oder einigen wenigen Molekülen aufgebaut." (suwe)

Originalpublikation kostenlos erhältlich unter: http://www.pnas.org/cgi/reprint/0403325101v1

Ansprechpartner:
Dr. John Lupton
Department für Physik und Center for NanoScience
Tel: 089/2180-3356,
Fax: 089/2180-3318
E-Mail: John.Lupton@Physik.Uni-Muenchen.De

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/cgi/reprint/0403325101v1
http://www.uni-muenchen.de

Weitere Berichte zu: Chromophor Halbleiter Lupton Physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Sternenstaub reist häufiger in Meteoriten mit als gedacht
15.08.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie