Organic thin films deposition and characterization of their surface topography by SPM techniques for applications in flexible organic electronics

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2008 (EN)
Ανάπτυξη οργανικών λεπτών υμενίων και χαρακτηρισμός της επιφανειακής τους τοπογραφίας με SPM τεχνικές για εφαρμογή σε εύκαμπτα οργανικά ηλεκτρονικά
Organic thin films deposition and characterization of their surface topography by SPM techniques for applications in flexible organic electronics

Καραγιαννίδης, Παναγιώτης Γεωργίου

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η τροποποίηση πολυμερικών υλικών με στόχο την ενίσχυση συγκεκριμένων ιδιοτήτων τους για εφαρμογή σε εύκαμπτα οργανικά ηλεκτρονικά. Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι: o πολυ(τερεφθαλικός αιθυλενεστέρας) (PET) και το πολυ(3,4-αιθυλενο-διοξυθειοφαίνιο) : πολυ(4-βινυλοβενζολο-σουλφονικό νάτριο) (PEDOT:PSS), τα οποία χρησιμοποιούνται ως υπόστρωμα και ως στρώμα μεταφοράς οπών αντίστοιχα στις εύκαμπτες διατάξεις. Το PET παρουσιάζει ιδιότητες που το καθιστούν ιδανικό υλικό για χρήση ως εύκαμπτο υπόστρωμα, ωστόσο παρουσιάζει και κάποια μειονεκτήματα. Η επιφάνεια του πολυεστερικού αυτού φιλμ είναι υδρόφοβη με αποτέλεσμα τη δυσκολία ανάπτυξης άλλων λειτουργικών υμενίων στην επιφάνειά τους, αφού συνήθως τα υλικά αυτά βρίσκονται σε μορφή υδατικού διαλύματος. Με στόχο την αύξηση της υδροφιλικότητάς τους, οι μεμβράνες PET ακτινοβολήθηκαν με UV ακτινοβολία, η οποία τελικά αύξησε σημαντικά την υδροφιλικότητα της επιφάνειας. Παράλληλα μελετήθηκε η μεταβολή της τοπογραφίας της επιφάνειας με μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων AFM, η οποία είναι και η κύρια τεχνική χαρακτηρισμού στην εργασία αυτή. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της ακτινοβόλησης του υποστρώματος στην ανάπτυξη υμενίου PEDOT:PPS επάνω σε αυτό. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας εξετάζεται η φυσική τροποποίηση υμενίων PEDOT:PSS, ενός αγώγιμου πολυμερικού συστήματος που χρησιμοποιείται ήδη ως στρώμα μεταφοράς οπών στα οργανικά ηλεκτρονικά και ερευνάται η πιθανή του χρήση ως ηλεκτροδίου. Με στόχο την ενίσχυση της αγωγιμότητάς του, μελετήθηκε η επίδραση σε αυτήν, της ανόπτησης και η προσθήκη διαλυτών με και χωρίς ανόπτηση. Οι διαλύτες είτε προστέθηκαν σε ποσοστό 5% στο αρχικό διάλυμα και στη συνέχεια αναπτύχθηκε το υλικό σε τροποποιημένα με UV υποστρώματα PET, είτε το υλικό αναπτύχθηκε στα υποστρώματα και στη συνέχεια εμβαπτίστηκε στους διαλύτες και υπέστη ανόπτηση για 24 ώρες με κενό. Από τις μετρήσεις αγωγιμότητας που πραγματοποιήθηκαν βρέθηκε μία σημαντική αύξηση της αγωγιμότητας των δειγμάτων. Σημαντικές πληροφορίες για το μηχανισμό της επίδρασης των διαλυτών και της θερμικής κατεργασίας στη μορφολογία και τη δομή του υλικού έδωσαν οι εικόνες μικροσκοπίας AFM. Τέλος επιχειρήθηκε με βάση τα βιβλιογραφικά δεδομένα και τα αποτελέσματα της εργασίας να δοθεί μια ερμηνεία στο φαινόμενο αυτό.
The conducting polymer blend poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrene-sulfonate) (PEDOT:PSS) is the most widely used material as a hole transport layer in organic electronics. It is also one of the most promising candidate material to replace indium tin oxide (ITO) and act as an anode itself. This is very important for flexible organic electronic devices, because the devices fabricated on flexible plastic substrates with ITO break too easily as a result of failure of the ITO as they are bent. The main drawback in the deposition of the PEDOT:PSS on flexible polymeric substrates, such as poly(ethylene terephthalate) (PET), is the inert and hydrophobic surface of the polymer. In the first part of this work PEDOT:PSS thin films (BAYTRON P VP AI 4083 by H.C. Starck) were spin coated on UV treated PET substrates. UV irradiation was used as a surface treatment technique for the increase of its hydrophilicity. The effects of the irradiation on the PET surface were evaluated by Atomic Force Microscopy (AFM) and Contact Angle measurements. The effects on the growth of the PEDOT:PSS onto the treated substrates were also investigated. Another drawback in the replacement of ITO by PEDOT:PSS is that spin-coated PEDOT:PSS thin films are rich in PSS, which is an insulating polymer and therefore have a relatively low, comparing to ITO, electrical conductivity. In order to increase the conductivity of PEDOT:PSS, in the second part of this study we have investigated the effects of annealing at 90 °C for 3 and 24 hours and the addition of solvents on electrical and morphological properties of PEDOT:PSS thin films (CLEVIOS F E by H.C. Starck) that were deposited on PET films, which where UV-radiation pretreated. Conductivity measurements were performed using the four probe method and the effects on the morphology were investigated by AFM. Spectroscopic Ellipsometry has been utilized for the calculation of the thickness of the spin coated films.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Atomic force microscopy
Εύκαμπτα οργανικά ηλεκτρονικά
Polymeric materials
Μορφολογία επιφάνειας
Σαρωτική μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων
Surface morphology
Flexible organic electronics
Conductive polymers
Αγώγιμα πολυμερή
Σαρωτική οπτική μικροσκοπία κοντινού πεδίου
Scanning near field optical microscopy
Πολυμερικά υλικά

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών, Νανοεπιστήμες και Νανοτεχνολογίες

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)