Autoensamblaje Unidimensional de Moléculas Planas π-Conjugadas: Componentes Adaptables para Nanodispositivos Orgánicos

En general, la fabricación de nanocables u nanobandas orgánicas bien definidas con tamaño y morfología controlables no está tan avanzada como en sus contrapartes inorgánicas. Mientras que los nanocables inorgánicos se explotan ampliamente en nanodispositivos optoelectrónicos, sigue existiendo un considerable potencial no explotado en los materiales orgánicos unidimensionales (1D). Este informe describe nuestro progreso y descubrimientos recientes en el campo del autoensamblaje 1D de moléculas planas π-conjugadas y su aplicación en varios nanodispositivos, incluidos los sensores ópticos y eléctricos. El informe tiene como objetivo proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo combinar elementos de diseño molecular e ingeniería con la fabricación de materiales para lograr propiedades y funciones que son deseables para aplicaciones optoelectrónicas a nanoescala. El objetivo de nuestro programa de investigación es avanzar en el conocimiento y desarrollar una comprensión más profunda en la frontera de los nanomateriales orgánicos 1D, para lo cual se abordarán varias preguntas básicas: (1) ¿Cómo se puede controlar y optimizar la disposición molecular modificando la estructura molecular? (2) ¿Qué factores de procesamiento afectan el autoensamblaje y la morfología final de los nanomateriales fabricados; cómo se pueden controlar estos factores para lograr los nanomateriales 1D deseados, por ejemplo, nanocables o nanobandas? (3) ¿Cómo dependen las propiedades optoelectrónicas (por ejemplo, emisión, migración de excitones y transporte de carga) de los materiales ensamblados de la disposición molecular y las interacciones intermoleculares? (4) ¿Cómo se pueden correlacionar las propiedades optoelectrónicas inherentes de los nanomateriales con aplicaciones en detección, conmutación y otros tipos de dispositivos optoelectrónicos? Los resultados presentados demuestran la viabilidad de controlar la morfología y la organización molecular de los nanomateriales orgánicos 1D. Se han empleado dos tipos de moléculas para explorar el autoensamblaje 1D y la aplicación en la detección optoelectrónica: una es el diimido tetracarboxílico de perileno (PTCDI, tipo n) y la otra es el macrociclo etinilen-arileno (AEM, tipo p). Los materiales descritos en este proyecto son excepcionalmente multifuncionales, combinando las propiedades de nanoporosidad, migración eficiente de excitones y transporte de carga, y fuerte interacción interfacial con las moléculas huésped (objetivo). Vemos esta combinación como una habilitadora de una gama de aplicaciones tecnológicas importantes que demandan una interacción estrechamente acoplada entre la materia, los fotones y la carga. Dichas aplicaciones pueden incluir detección óptica, detección eléctrica y emisión polarizada. En particular, los nanocables bien definidos fabricados en este estudio representan sistemas únicos para investigar el confinamiento dimensional de las propiedades optoelectrónicas de los semiconductores orgánicos, como la emisión polarizada lineal, la migración confinada dimensionalmente de excitones y el acoplamiento π-electrónico óptimo (favorable para el transporte de carga). La combinación de estas propiedades hará que el autoensamblaje 1D sea ideal para muchas aplicaciones sensibles a la orientación, como los diodos emisores de luz polarizada y las pantallas planas.