Synthesis and Applications of New Conjugated Polymeric Materials Based on Carborane

Abstract

Combination of conjugated polymers and carborane units under the same roof was taken place recently, for the first time in 2003. In very few number of studies in the literature, it was reported that carborane units gave thermal, mechanical, optical and electrochemical stability to the condujugated polymers.

In this study, in order to overcome the problems faced by the industrial field of conjugated polymers (insolubility, thermal, mechanical, optical and electrochemical instability, etc.) the inorganic and organic units will be melted in the same pot for producing new carborane based polymeric materials. In the first two years of the project, initially carborane based electron donor-acceptor-donor (D-A-D) type new inorganic-organic hybrid monomers will be designed and synthesized and then soluble conjugated polymers (low band gap, reversible electronic and optical properties, n- and/or p-type doping behavior, fast switching of various redox states and different colors and environmetally and thermally stable novel florescent conjugated polymers) will be tried to obtain by use of electrochemical and chemical methods. While alkyl substituted 3,4-propylenedioxythiophene and carbazole units will be used as D unit, carborane units will be used as A unit. Tetrabutylammonium salts (perchlorate, tetrafluoroborate and hexafluorophosphate) as the supporting electrolyte and acetonitrile, dichloromethane and/or propylene carbonate will be used as the solvent in the electrochemical polymerization. For the chemical polymerization, Stille Coupling, anhydrous FeCl3 and / or CuI oxidant and/or Yamamoto type Ni (0) dehalogenation polymerization techniques will be used. After the investigation of the electrochemical, optical and thermal properties of the obtained polymeric materials, studies for the industrial and technological applications (electrochromic devices and light emitting diodes (LEDs)) will be done at Atılım University and METU by experienced teams in the last two years of the project. When the materials designed in the project are moved successfully to the industrial fields such as electrochromic devices and LED applications, it will be brought to a solution to an industrial problem by using carborane chemicals. As a result, it will be the primary purpose and goal of our project to overcome the problem faced by industrial areas (electrochromic devices and LEDs) with the products based on special carboranes, which can be synthesized in our country.

Konjüge polimerler ile karboran birimlerinin aynı çatı altında birleştirilmesi çok yakın bir tarihte, ilk defa 2003 yılında, gerçekleştirilmiştir. Literatürde sayıları çok az olan çalışmalarda karboran birimlerinin konjüge polimerlere, termal, mekanik, optiksel ve elektrokimyasal kararlılık kazandırdığı rapor edilmiştir.

Bu çalışmada endüstriyel alanda konjüge polimerlerin karşılaştığı sorunları (çözünmezlik, termal, mekanik, optiksel ve elektrokimyasal kararsızlık gibi) aşmak için anorganik ve organik birimleri aynı potada eriterek yeni karboran esaslı polimerik malzemeler üretilecektir. Projenin ilk iki yılında, öncelikle karboran esaslı elektron verici-alıcı-verici (VAV) düzeninde yeni anorganik-organik melez monomerler tasarlanıp sentezlenecek ve sonrasında elektrokimyasal ve kimyasal yöntemler kullanılarak çözünür konjüge polimerler (düşük bant aralığı, tersinir elektronik ve optiksel özellikler, n- ve/veya p-tipi katkılandırılabilir davranım, farklı renklere ve farklı redoks hallerine hızlı anahtarlanma ve dış ortama ve sıcaklığa kararlı yeni floresans polimerler) elde edilmeye çalışılacaktır. V birimi olarak alkil sübstitüeli 3,4-propilendioksitiyofen ve karbazol birimleri kullanılırken A birimi olarak ise karboran birimleri kullanılacaktır. Elektrokimyasal polimerizasyonda tetrabütilamonyum tuzları (perklorat, tetrafloroborat ve hekzaflorofosfat) destek elektroliti olarak asetonitril, diklorometan ve/veya propilen karbonat ise çözücü olarak kullanılacaktır. Kimyasal polimerizasyon için ise Stille Coupling, susuz FeCl3 ve/veya CuI yükseltgeni ve/veya Yamamoto tipi Ni(0) dehalojenasyon polimerleştirme teknikleri kullanılacaktır. Elde edilen polimerik malzemelerin elektrokimyasal, optiksel ve de termal özellikleri incelendikten sonra endüstriyel ve teknolojik uygulamalara (elektrokromik cihazlar ve ışık saçan diyotlar (LEDler)) yönelik çalışmalar Atılım Üniversitesi ve ODTÜ’de bu uygulamalarda deneyimli ekipler tarafından projenin son iki yılında yapılacaktır.

Projede tasarlanan malzemelerin elektrokromik cihazlar ve LED gibi endüstriyel uygulama alanlarına başarı ile taşınması neticesinde endüstriyel bir soruna karboran kimyasalı kullanılarak bir çözüm getirilmiş olacaktır. Sonuç olarak, sentezlenecek malzemeler ile endüstriyel kullanım alanlarında (elektrokromik cihazlar ve LEDler) karşılaşılaşılan sorunların ülkemizde üretilebilecek özel karboran esaslı ürünler ile aşılabilmesi projemizin öncelikli amacı ve hedefidir.