Agentes Antioxidantes na estabilidade de filmes finos de MEH-PPV

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Materiais

Autores

Brito de Souza Filho, L. (INSTITUTO FEDERAL DO TOCANTINS) ; Raul Alves de Sá, E. (INSTITUTO FEDERAL DO TOCANTINS)

Resumo

OLEDs são dispositivos eletroluminescentes de materiais orgânicos que se degradam quando são expostos à umidade e ao oxigênio. Neste trabalho foram preparados filmes de poli[2-metóxi 5-(2’-etil-hexiloxi)-1,4-p-fenileno- vinileno] - MEH-PPV por spin coating utilizando aditivos antioxidantes tais como o líquido da castanha de caju-LCC e a Norbixina. A influência da presença destes antioxidantes foi avaliada por Espectroscopia de Absorção Molecular na região do Ultravioleta-Visível (UV-Vis). Os resultados no UV- Vis mostraram que os filmes de MEH-PPV confeccionados com os antioxidantes Norbixina e LCC tendem a uma estabilidade após 70 minutos de Irradiação ultravioleta. Foi observado que os filmes com Norbixina demoram três vezes mais para atingir o nível de degradação dos filmes com LCC.

Palavras chaves

Antioxidantes; Fotoxidação; MEH-PPV

Introdução

O MEH-PPV - poli[2-metóxi 5-(2’-etil-hexiloxi)-1,4-p-fenileno-vinileno] - é um polímero semicondutor derivado do PPV muito utilizado como camada ativa em dispositivos eletroluminescentes, tais como os OLEDS utilizados hoje na confecção de telas de smartphones,smartTVs, etc. Grupos laterais alcóxi (grupo contendo carbono, hidrogênio e oxigênio) foram adicionados à cadeia do PPV para formar o MEH-PPV, que resultam em um deslocamento no espectro da luz emitida para a região do vermelho (aproximadamente 600 nm). A introdução desta cadeia lateral facilita o processo de solubilização do polímero, aumentando o espaçamento entre as cadeias e podendo assim, facilitar a absorção do solvente por parte do material. No entanto com relação ao seu precursor PPV, o MEH-PPV possui uma grande vantagem, sendo solúvel em sua forma conjugada em alguns solventes orgânicos, como por exemplo, clorobenzeno, tetrahidrofurano, clorofórmio e o tolueno (Reshak et al, 2013). O uso desta tecnologia é limitado pelo tempo de vida relativamente curto dos dispositivos. A falha ocorre em poucos minutos de operação em condições ambientes. A fotoxidação causa a perda de conjugação tornando um polímero semicondutor em isolante, ou seja, ela reduz drasticamente o tempo de vida útil dos dispositivos eletrônicos. Os defeitos estruturais causados pela luz e oxigênio, podem ser minimizados com o controle reacional através do uso de moléculas antioxidantes (Scholz et al, 2015 & Cumpston et al, 1997). Com base neste contexto, este trabalho teve por objetivo o estudo da Fotodegradação dos filmes de MEH-PPV com e sem os aditivos LCC - Liquido da castanha de Caju e Norbixina - Derivado do Urucum

Material e métodos

O MEH-PPV utilizado neste trabalho foi obtido comercialmente da Sigma- Aldrich® com massa molecular na ordem de 140.000-250.000 unidades. O clorobenzeno foi o solvente de dissolução do polímero e antioxidantes utilizado neste trabalho. Devido ao fato das soluções utilizadas no trabalho ser de fácil degradação, além do solvente volátil, estas tiveram os frascos protegidos com papel alumínio contra exposição luminosa, vapor d’água e oxigênio. A soluções de MEH-PPV quanto dos Antioxidantes (LCC e Norbixina) foram preparadas com uma concentração de 10mg/ml. Os filmes de MEH-PPV, MEH- PPV+LCC, MEH-PPV+Norbixina foram depositados por um Spin Coating. Após o preparo, os filmes foram secados em uma Estufa à vácuo da Quimis®, sob uma rampa de aquecimento de 5°C/min até 60°C durante 2 horas para remoção total do solvente remanescente. Os filmes confeccionados em substratos de vidro foram submetidos a fotodegradação cumulativa, sob luz de uma lâmpada de 20 watts com linhas de emissão na região de absorção do polímero. O estudo cinético da fotodegradação dos filmes foram realizados no Espectrofotômetro Hitachi UV-3600. As amostras na caixa de degradação estavam a uma distância em média de 18cm da fonte de radiação na qual incidia diretamente através do vidro. Os filmes foram irradiados em intervalos de tempo cumulativos de 0, 5, 15, 30, 55, e 80 minutos e em seguida medidos os espectros de absorção.

Resultado e discussão

Neste trabalho estudou-se o efeito da fotoxidação em filmes por spin coating de MEH-PPV com e sem antioxidantes. A Figura 1 apresenta a taxa de fotodegradação normalizada em função do tempo de irradiação dos filmes de MEH-PPV com e sem antioxidantes. Observa-se que a taxa de degradação dos filmes de MEH-PPV puro é mais significativa durante os 5 minutos iniciais de irradiação enquanto que os filmes com antioxidantes apresentam maior estabilidade. Os filmes de MEH-PPV + 10 % de LCC e MEH-PPV + 10% de Norbixina apresentaram taxa de degradação semelhantes durante os primeiros 15 minutos de irradiação. Dos três tipos de filmes confeccionados configura- se que após 70 minutos de degradação os filmes de MEH-PPV + 10% de Norbixina e MEH-PPV + 10% de LCC tendem a uma estabilidade, visto aquele que contêm o carotenóide demora três vezes mais para atingir o mesmo nível de degradação do que aquele com antioxidante fenólico. Sugere-se que a Norbixina tenha esse comportamento em função do processo de formação de seu estado tripleto, ao passo que os hidrogênios reativos do LCC extinguem-se com o passar do tempo de irradiação.

Taxa de fotodegradação normalizada em função do tempo para amostras de MEH-PPV, MEH-PPV + 10% LCC e MEH-PPV + 10% Norbixina

Conclusões

Através da análise do UV-Vis, foi observado que os filmes de MEH-PPV com 10% de Norbixina, apresentaram melhor estabilidade a radiação luminosa mostrando- se como um excelente aditivo natural com potencial antioxidante. Muito embora o LCC tenha apresentado estabilidade inferior frente ao carotenoide, faz jus seu uso como antioxidante por ser originado de um recurso renovável e abundante.

Agradecimentos

Referências

Cumpston, B. H.; Parker, I. D.; Jensen, K. F. (1997). In situ characterization of the oxidative degradation of a polymeric light emitting device. Journal of Applied Physics, 81, 3716-3720.
Reshak, A.H., Shahimin, M.M., Juhari, N. & Suppiah, S.(2013) Electrical behaviour of MEH-PPV based diode and transistor. Progress in Biophysics and Molecular Biology. v. 113, p. 289 e 294.
Scholz, S.; Kondakov, D.; Lüssem, B.; Leo, K. (2015). Degradation Mechanisms and Reactions in Organic Light-Emitting Devices. American Chemical Society-Chemicals Reviews. 115, 8449−8503.