Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada Universidad de Córdoba

290 Pages·2009·6.21 MB·Spanish

Departamento de Química Física
y Termodinámica Aplicada
Universidad de Córdoba

ORGANIZACIÓN MOLECULAR EN PELÍCULAS DE
LANGMUIR. ESTUDIOS POR SIMULACIÓN Y
APLICACIÓN EN DISPOSITIVOS ORGÁNICOS
ELECTROLUMINISCENTES.

MOLECULAR ORGANIZATION OF LANGMUIR FILMS.
COMPUTER SIMULATION STUDIES AND
APPLICATION TO ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICES

Tesis Doctoral
Juan José Giner Casares

Córdoba, Abril 2009
TITULO: Organización molecular en películas de langmuir. Estudios por
simulación y aplicación en dispositivos orgánicos electroluminiscentes
AUTOR: JUAN JOSÉ GINER CASARES
© Edita: Servicio de Publicaciones de la Universidad de Córdoba. 2009
Campus de Rabanales
Ctra. Nacional IV, Km. 396
14071 Córdoba
www.uco.es/publicaciones
[email protected]
ISBN-13: 978-84-7801-964-9
D.L.: CO-751/2009
ORGANIZACIÓN MOLECULAR EN PELÍCULAS DE LANGMUIR.
ESTUDIOS POR SIMULACIÓN Y APLICACIÓN
EN DISPOSITIVOS ORGÁNICOS ELECTROLUMINISCENTES.

LOS DIRECTORES

Fdo.: Luis Camacho Delgado Fdo.: María Teresa Martín Romero
Catedrático del Departamento de Química Profesora Contratada Doctora del
Física y Termodinámica Aplicada. Departamento de Química Física y
Universidad de Córdoba. Termodinámica Aplicada. Universidad de
Córdoba.

Fdo.: José Javier López Cascales
Profesor Titular del Departamento de Arquitectura
y Tecnología de la Edificación.
Área de Química Física.
Universidad Politécnica de Cartagena.

Trabajo presentado para optar al grado de Doctor en Ciencias Químicas

Fdo.: Juan José Giner Casares
Licenciado en Ciencias Químicas
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FÍSICA
Y TERMODINÁMICA APLICADA
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

D. Luis Camacho Delgado, Catedrático y Director del Departamento de Química
Física y Termodinámica Aplicada de la Universidad de Córdoba,

INFORMA:
Que el trabajo presentado como Tesis Doctoral por D. Juan José Giner
Casares, titulado “Organización Molecular en Películas de Langmuir.
Estudios por Simulación y Aplicación en Dispositivos Orgánicos
Electroluminiscentes” ha sido realizado en los laboratorios de este
Departamento, así como en las instalaciones del Grupo de
Bioinformática y Macromoléculas de la Universidad Politécnica de
Cartagena (España), el Center for Photochemical Sciences de la Bowling
Green State University (Estados Unidos de América) y en el Centre for
Molecular and Nanoscale Electronics de la Universidad de Durham
(Reino Unido), y reúne las condiciones exigidas según legislación
vigente.

Y para que conste, firmo el presente en Córdoba a cinco de Marzo de dos mil
nueve.

Fdo.: Luis Camacho Delgado
Mediante la defensa de esta memoria se pretende optar a la obtención de la
mención de “Doctorado Europeo”, habida cuenta que el doctorando reúne los
requisitos exigidos para tal mención:

1. Se cuenta con los informes favorables de dos doctores pertenecientes a
instituciones de Enseñanza Superior, o instituto de investigación, de países
europeos distintos al nuestro.
2. En el Tribunal, que ha de evaluar la Tesis, existe un miembro de un centro de
Enseñanza Superior de un país europeo distinto al nuestro.
3. Parte de la redacción y defensa de la Memoria se realizará en la lengua oficial
de un país europeo distinto al nuestro.
4. El doctorando ha realizado una parte del trabajo experimental en las
instalaciones del Centre for Molecular and Nanoscale Electronics de la
Universidad de Durham (Reino Unido). Esta estancia, de un trimestre de
duración, se ha realizado gracias a la concesión de ayuda para estancias breves
en el extranjero asociada a la beca de Formación de Profesorado Universitario
del Ministerio de Ciencia e Innovación.
El trabajo que engloba la presente Memoria se ha realizado durante el periodo
de disfrute de una Beca de Formación de Profesorado Universitario del Ministerio de
Ciencia e Innovación, asociada a los proyectos financiados por la D. G. I. C. Y T.
“Preparación, caracterización y estudio del funcionamiento de películas ultrafinas
en la escala del nanómetro como sensores ópticos y dispositivos
electroluminiscentes” (CTQ2004/03246/BQU) y “Influencia de la organización
molecular en fenómenos de transferencia eléctrica y de transferencia de energía.
Aplicaciones al diseño de dispositivos nanoestructurados” (CTQ2007/64474)
´
Indice General
Objetivos 5
1. Introducci´on 9
1.1. Pel´ıculas de Langmuir y Langmuir Blodgett (LB) . . . . . . . 11
−
1.1.1. Formaci´on y Caracterizaci´on de Monocapas en la In-
terfase Aire Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
−
1.1.2. Formaci´onyCaracterizaci´ondePel´ıculasdeLangmuir-
Blodgett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.2. Din´amica Molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.2.1. Fundamento F´ısico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2.2. Campo de Fuerzas. Aproximaciones en Din´amica Mo-
lecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.3. Dispositivos Org´anicos Electroluminiscentes, OLEDs . . . . . 43
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2. Experimental 53
1
´Indice
2.1. T´ecnicas de Caracterizaci´on de la Monocapa en la Interfase
Aire Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
−
2.2. T´ecnicas de Caracterizaci´on de Pel´ıculas en la Interfase Aire-
S´olido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.3. Din´amica Molecular. GROMACS 3.3. . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4. Materiales, Reactivos y Tratamiento de Datos . . . . . . . . . 62
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3. Organizaci´on Molecular de Pel´ıculas Delgadas Mixtas en la
Interfase Aire Agua 65
−
3.1. Effect of the Molecular Methylene Blue Aggregation on the
Mesoscopic Domain Morphology in Mixed Monolayers with
DMPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.1.2. Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.1.3. Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.1.4. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.1.5. Supporting Information: Reflection of an Anisotropic
Thin Film on Isotropic Substrate . . . . . . . . . . . . 97
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.2. MolecularOrganizationofaWater-Insolubleiridium(III)Com-
plex in Mixed Monolayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.2.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.2.2. Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.2.3. Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2
´Indice
3.2.4. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3.3. Segregation of Lipid in Ir-dye/DMPA Mixed Monolayers as
Strategy to Fabricate 2D Supramolecular Nanostructures at
the Air Water Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
−
3.3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.3.2. Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.3.3. Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
3.3.4. Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.3.5. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
4. Simulaci´on de Monocapas de Langmuir mediante Din´amica
Molecular 167
4.1. Effect of the Barometric Phase Transition of a DMPA Bilayer
on the Lipid/Water Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
4.1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4.1.2. Method and Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
4.1.3. Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.1.4. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
4.2. A DMPA Langmuir monolayer study: Fromgas to solid phase.
An atomistic description by Molecular Dynamics Simulation . 197
4.2.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
4.2.2. Method and Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
3
´Indice
4.2.3. Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
4.2.4. Concluding remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
4.3. Effect of Na+ and Ca2+ ions on a DMPA− lipid Langmuir
monolayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
4.3.2. Method and Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
4.3.3. Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
4.3.4. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
5. Dispositivos Org´anicos Electroluminiscentes 243
5.1. Highly Pure and Stable White Light from an Externally Mo-
dified Organic Light-Emitting Device . . . . . . . . . . . . . . 245
5.1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
5.1.2. Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
5.1.3. Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
5.1.4. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
6. Conclusiones 261
7. Trabajo Pendiente de Publicaci´on 267
4