Bazı polimerlerin iletkenlik ve titreşim spektroskopik özelliklerinin kuramsal incelenmesi
Theoretical investigation of conductivity and vibrational spectroscopy of some polymers
Yazar: HACER DAĞAŞAN
Danışman: DOÇ. DR. ZEKİ BÜYÜKMUMCU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
İletken polimerler endüstriyel açıdan bir çok uygulama potansiyeline sahipmalzemelerdir. Bu çalışmada daha önce sentezlenen ve 0,85 eV'luk bir bant aralığıdeğerine sahip politiyone [3,4b] tiyofen için Periyodik Sınır Şartları hesapları yoğunlukfonksiyonu teorisi ve B3LYP metodu kullanılarak yapıldı. Ayrıca söz konusu polimerdeS atomu yerine Se ve Te atomu konularak henüz sentezlenmemiş potansiyel bantaralıklı polimerler için de aynı hesaplamalar tekrarlandı. Hesaplamalardaki polimermoleküllerindeki bütün atomları kapsayan temel set olarak LanL2DZ kullanıldı. Üçpolimer için de bant yapısı hesabı gerçekleştirildi. Buna bağlı olarak bant aralığı, bantgenişliği ve etkin kütle değerleri hesaplandı. Politiyone [3,4b] tiyofen için bant aralığıdeğeri olarak 0.81 eV elde edildi. Bu değer deneysel olarak gözlenene oldukça yakınolduğu için seçilen metodun başarılı olduğunu söyleyebiliriz. Bant aralığı değerininheteroatomun ait olduğu periyot arttıkça azaldığı gözlendi. S yerine Se konmuşpolimer için bu değer 0,78 eV Te konmuş polimer içinse 0,75 eV olarak hesaplandı.Böylece deneysel olarak sentezlenmemiş iki düşük bant aralıklı polimer teorik olaraktahmin edilmiş oldu. Burada bant aralığının düşmesinin elektron ilgisinin artmasıylailişkili olduğu sonucuna varıldı. Buradan elde edilen bant yapısı değerleri kullanılarakbir polimer zinciri boyunca iletkenlik bandındaki elektronlar ve değerlik bandındakiboşlukların sebep olacağı iletkenlik değerleri hesaplandı.Diğer taraftan yarı-ampirik PM3 metodu kullanılarak oligomerler için yapıoptimizasyonundan sonra titreşim spektrumu hesabı yapıldı. Buradan polimerler içinaktif olan modlar seçildi. Deneysel spektrumun bulunduğu politiyone [3,4b] tiyofen içinhesaplanan değerlerle karşılaştırma yapıldı.Anahtar Kelimeler: İletken polimerler, Bant genişliği , Yoğunluk fonksiyonel teori ,Titreşim spektrumu, İletkenlik.

Abstract:
Conducting polymers are materials having potential of industrial applications. In thisstudy, Periodic Boundary Conditions calculations have been carried out using B3LYPmethod of Density Functional Theory for hpolythieno [3,4b] thiophene which wassynthesized and found to be low band gap polymer with 0.85 eV. Calculations arerepeated for possible low band gap polymers obtained substituting Se and Te insteadof S. Basis set LanL2DZ is employed since it covers all the atoms of correspondingpolymers. Band structure calculations have carried out for these three polymers. Bandgap, band width and effective mass have been calculated from band structurecalculations. Band gap value for polythieno [3,4b] thiophene is calculated to be 0.81 eV.Since this value is very close to experimentally obtained value, it can be concluded thatselected method is successful. Band gap value decrease as the period number ofheteroatom increases. The band gap value is calculated to be 0.78 for the polymer whichSe is substituted instead of S. It is 0.75 eV for the Te substituted polymer. In this way,two possible polymers which were not synthesized experimentally are predictedtheoretically. Decreasing of band gap value is correlated to the increase of electronaffinity of heteroatom. Conductivity values along the polymer chain resulting from theelectrons in the conduction band and holes in the valence band are calculated.In the other part of the study, vibrational spectra for the corresponding oligomers arecalculated after optimization using semiemprical PM3 method. Active modes forcorresponding polymers are selected from these values. Comparison has been done withthe experimental values available for the polythieno [3,4b] thiophene.Keywords: Conducting polymers, Band width, Density functional theory, Vibrationalspectrum, Conductivity.