TRANSISTORI A BASE DI MATERIALI ORGANICI E COMPOSITI NANOSTRUTTURATI PER IMPIEGO COME SENSORI CHIMICI AVANZATI (PRIN 2002 area 3, biennale dal 16/12/2002)Titolo UdR Lecce: SINTESI DI NUOVE FTALOCIANINE E CARATTERIZZAZIONE MEDIANTE SPETTROSCOPIA DI FOTOELETTRONI A RAGGI X DI FILM SOTTILI NANOSTRUTTURATI PER APPLICAZIONI AVANZATE NELLA RIVELAZIONE DI GAS

Uno degli scopi principali del presente progetto è la caratterizzazione XPS di nuovi materiali organici (ftalocianine, metalloftalocianine e composti aromatici altamente coniugati) e di loro film nanostrutturati, utilizzati quali strati attivi in sensori OTFT di gas. Attraverso tale via si perseguirà il risultato di ottenere informazioni sulla struttura chimica e la distribuzione elettronica dei materiali. Risultati riguardanti la struttura, la gap e l’allineamento delle bande alle interfacce, le modificazioni chimiche in conseguenza dell’esposizione a gas deriveranno dallo studio dei film e dei dispositivi. Misure di assorbimento ottico e di voltammetria ciclica faranno da complemento e da supporto ai risultati XPS. Tutta questa conoscenza contribuirà, insieme con l’informazione derivante dagli altri gruppi, alla comprensione del fondamentale trasporto di carica nei transistor e delle proprietà di rivelazione. Un altro importante obiettivo per l’Unità di Lecce è l’applicazione della strategia sintetica dei precursori ftalonitrilici alla preparazione di ftalocianine tetra-, otta-, esadeca-sostituite e dei relativi complessi metallici. La selezione dei sostituenti periferici e quella del metallo centrale (per es. Ru, Rh, Pt, Pd, Cu, Zn, terre rare) sarà indirizzata a influenzare la solubilità delle ftalocianine (precursori alcossi-ftalonitrilici), l’ordine all’interno del film (sostituenti otticamente attivi), la coordinazione assiale e la distribuzione elettronica sul macrociclo (sostituenti coniugati, elettrondonatori e elettronaccettori) in relazione alle richieste analitiche. Un approccio similmente specializzato sarà utilizzato dall’Unità di Milano per la sintesi di composti aromatici altamente coniugati. Questa Unità collaborerà per mezzo della indagine XPS alla caratterizzazione dei materiali compositi, contenenti specie inorganiche (semiconduttrici e metalliche), assemblati dall’Unità di Bari. Il dettaglio degli stadi previsti con l’evidenza delle connessioni con le altre Unità è descritto di seguito: I anno 1.Sintesi di nuove ftalocianine (PC) e metalloftalocianine (MPC). La scelta, operata congiuntamente con l’Unità di Bari, avrà lo scopo di ottenere elevate processabilità, qualità del film, prestazioni dei transistor. Test sui film delle molecole selezionate saranno eseguiti dall’Unità di Bari con lo scopo di valutare approssimativamente le corrispondenti processabilità, qualità dei film, prestazioni dei transistor, stabilità all’aria e guideranno la scelta finale delle molecole da utilizzare nel progetto. 2.Sintesi delle PC e MPC selezionate. Si utilizzeranno l’analisi elementare, 1H-NMR, IR e LC-ESI-MS per confermare l’identità dei prodotti sintetizzati. Materiale sintetizzato di fresco sarà sintetizzato come necessario durante i due anni del progetto. 3.Caratterizzazione delle PC e MPC selezionate e di composti aromatici altamente coniugati (sintetizzati dall’Unità di Milano) per mezzo di XPS su campioni in polvere (cioè disordinati). Valutazione dei relativi parametri spettroscopici in condizioni sperimentali tali da evitare degradazione. La simulazione degli spettri XPS (livelli di core e/o di valenza) sarà utilizzata nei casi in cui l’interpretazione risulti incerta. Questi dati, oltre a chiarire le strutture chimica ed elettronica effettive dei materiali indagati, rappresenteranno la base per interpretare i risultati XPS sui film. 4.Caratterizzazione ottica di PC e MPC. Saranno calcolati dai dati valori per le differenze nelle energie HOMO/LUMO. Fenomeni di aggregazione saranno evidenziati misurando gli spettri a differenti concentrazioni delle soluzioni. 5.Caratterizzazione elettrochimica di PC e MPC per mezzo della voltammetria ciclica. Saranno studiate le relazioni tra le correnti anodiche, catodiche, il loro rapporto, la differenza nei potenziali di picco e la velocità di scansione per ciascun processo elettrochimico per stabilire la reversibilità elettrochimica e quindi i valori di E° per ciascuna coppia redox. La speciazione chimica ottenuta da questi dati sarà comparata con i risultati della caratterizzazione XPS. E° e deltaE° saranno paragonati ai risultati relativi a HOMO/LUMO ricavati dalle indagini XPS e ottiche. 6.Caratterizzazione dei materiali XPS nanocompositi preparati dall’Unità di Bari II anno 1. Caratterizzazione XPS di film sottili dei materiali considerati, prima e dopo l’interazione con i gas (per es. NO2). I film di ftalocianine e di composti aromatici altamente coniugati saranno depositati a Bari ed a Milano, rispettivamente, da materiale organico sintetizzato di fresco. Lo studio dei film tal quali sarà eseguito a differenti stadi di crescita ( cioè a differenti spessori dello strato) per mettere in evidenza cambiamenti chimici, elettronici e nell’ordine. Il profilo delle concentrazioni nella regione che consiste della superficie e della parte ad essa prossima sarà studiata per mezzo di misure XPS in dipendenza d’angolo. 2. Caratterizzazione XPS di dispositivi simil OTFT sotto l’applicazione di una polarizzazione. I dispositivi saranno assemblati a Bari costruendo un OTFT senza contatto di drain e riducendo per quanto possibile l’area del contatto di source. La polarizzazione sarà applicata tra il contatto di gate e il contatto di source. Tale indagine potrebbe evidenziare eventuali modifiche dell'ordine all'interno dei film in condizioni di lavoro. 3. Assorbimento ottico dei film. Queste misure aiuteranno ad evidenziare effetti di stato solido (aggregazione) nei film. Tutta l’informazione estratta dalle misure XPS, UV-VIS ed elettrochimiche aiuterà nel disegnare lo schema di energia delle bande all’interfaccia dielettrico-polimero, che è critica nel determinare le prestazioni dei dispositivi basati su transistor.