Resumen de Photophysical and laser studies on perylenediimides and nanographenes
- español
Los compuestos orgánicos conjugados han sido investigado ampliamente debido a su versatilidad para integrarse con otros materiales a través de métodos de bajo coste y a su idoneidad para una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas; por ejemplo, transistores de efecto de campo, células solares, LEDs y láseres, entre otros. Actualmente existe un interés particular en los materiales orgánicos para láser promovido por el desarrollo de aplicaciones biomédicas y de telecomunicaciones. De hecho, el desarrollo de técnicas bottom-up en la síntesis orgánica y de métodos computacionales químico-cuánticos permiten el diseño inteligente de compuestos orgánicos con propiedades a medida que pueden ser beneficiosas para tales aplicaciones. En este sentido, comprender la relación entre las características estructurales de los compuestos orgánicos y sus propiedades optoelectrónicas es una etapa obligatoria en el proceso de diseño.
En el desarrollo de esta tesis se evalúan las propiedades fotofísicas de dos familias de compuestos orgánicos –perilenodiimidas y nanografenos– dispersos en matrices inertes con el objetivo de mejorar su funcionamiento como materiales activos para láseres. En particular, se han llevado a cabo tres actuaciones: i) la investigación sistemática de dos polímeros termoplásticos comerciales, poliestireno y polimetilmetacrilato, como matrices inertes para dispersar compuestos de perilenodiimida con el enfoque de optimizar las propiedades de la guía de ondas y reducir los requisitos de energéticos de los dispositivos;
ii) conocer los mecanismos de fotodegradación y quenching de la fotoluminiscencia en derivados de perilenodiimida dispersos en películas de poliestireno con el objetivo de obtener dispositivos más duraderos y eficientes; y iii) estudiar las propiedades fotofísicas de compuestos novedosos de la familia de los nanografenos dispersos en matrices inertes con el fin de comprender la relación entre su estructura –borde, heteroátomos, sustituyentes– y su ganancia óptica.
- English
Conjugated organic compounds have been extensively investigated, owing to their versatility for being integrated with other materials through cost-effective methods and their suitability for a wide range of optoelectronic applications; for instance, field-effect transistors, solar cells, LEDs and lasers among others. Particular interest exists nowadays in organic materials for lasing propelled by the development of biomedical and telecommunication applications. Indeed, the development of organic synthesis bottom-up techniques and quantum-chemical computation enable the intelligent design of organic compounds with tailored properties that can be beneficial for such applications. In this regard, understanding the relationship between the structural characteristics of the organic compounds and their optoelectronical properties is a mandatory step in the design process.
In the development of this thesis, the photophysical properties of two families of organic compounds –perylenediimides and nanographenes– dispersed in inert matrixes are evaluated with scope of improving their laser performance. Particularly, three actuations have been accomplished: i) systematic investigation of two commercial thermoplastic polymers –polystyrene and poly(methyl methacrylate)– as inert matrixes to disperse perylenediimide compounds with a mayor focus on optimizing the waveguide properties and reducing the operational energy requirements of the devices; ii) get insights on the photodegradation and concentration quenching mechanisms of perylenediimide compounds dispersed in polystyrene films with the aim of obtaining more lasting and efficient devices; and iii) studying the photophysical properties of novel nanographene compounds dispersed in inert matrixes with the purpose of elucidating the relationship between their structure –edge, heteroatoms, substituents– and their optical gain performance.
