Çeşitli konjüge polimer zincir tiplerinde eksiton taşınımı için aktivasyon enerjilerinin tahmini
Estimation of activation energies for exiton transport in various conjugate polymer chain types
Yazar: ZAFER ERZURUMLUOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET ERKAN KÖSE
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Difüzyon = Diffusion ; Eksiton = Exciton

Özet:
Eksiton difüzyonu, adyabatik olmayan sistemlerde modellenebilen bir olgudur, özellikle de konjüge zincirler üzerinde oluşan gevşemiş singlet ve triplet eksitonlar için geliştirilen denklemlerle açıklanabilir. Bu bağlamda, yer değiştirmiş ancak bozulmamış harmonik osilatör modeli, bir eksitonun zincir içindeki en yakın benzer konuma geçişi için gerekli enerjiyi tahmin etmek için kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında organik elektronikte yaygın olarak kullanılan bazı konjüge polimerler için, eksiton difüzyonunun aktivasyon enerjileri tahmin edilmiştir. Bulgular, genellikle triplet eksiton göçü için aktivasyon enerjilerinin, singlet eksiton göçü için olanlardan yaklaşık üç kat daha büyük olduğunu göstermektedir. Torsiyonel düzensizliğin olmadığı mükemmel düzlemsel konjüge zincirlerde, singlet eksitonların aktivasyon enerjilerinin genellikle oda sıcaklığında mevcut termal enerjiden daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Ancak, torsiyonel enerji bariyerlerinin hesaba katılması, konjüge zincirler üzerinde eksiton taşınmasının toplam aktivasyon enerjisini önemli ölçüde artırabilmektedir. Bu bulgular, konjüge polimer filmlerin düzenli fazlarında gözlemlenen uzun menzilli eksiton taşınımına teorik bir açıklama sunmaktadır. Ayrıca, teorik sonuçlar, eksiton difüzyonu için aktivasyon enerjisi büyüklüğünün, konjüge birimlerin elektronik yapısına çok fazla bağlı olmadığını ve torsiyonel düzensizliğin etkisinin doğru aktivasyon enerji tahmini için hesaplamalı çalışmalarda dikkatle ele alınması gerektiğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
Exciton diffusion is a phenomenon that can be modeled in non-adiabatic systems; with the equations formulated for relaxed singlet and triplet excitons formed over conjugated chains. In this context, a displaced but undisturbed harmonic oscillator model is employed to predict the energy required for an exciton to hop to the nearest identical position within the chain. The activation energies for exciton diffusion have been estimated for some commonly used conjugated polymers in organic electronics. The results indicate that activation energies for triplet exciton migration are approximately three times larger than those for singlet exciton migration. In perfectly planar conjugated chains without torsional irregularities, activation energies for singlet excitons are often observed to be lower than the thermal energy available at room temperature. However, the inclusion of torsional energy barriers can significantly increase the total activation energy for exciton transport on conjugated chains. These findings provide a theoretical explanation for the observed long-range exciton transport in ordered phases of conjugated polymer films. In addition, the theoretical results suggest that the magnitude of activation energy for exciton diffusion is not heavily dependent on the electronic structure of conjugated units and, the effect of torsional fluctuations needs to be carefully considered in computational studies for proper evaluation of true activation energies.