Optimizing the performance of electrically poled polymeric films

• Autorzy: Tyagi R. , Pant M. , Singh Negi Y.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja wydajności spolaryzowanych elektrycznie powłok polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper organic guest host system using 2-methyl-4-nitro aniline (2-MNA) as guest material and polyether sul-fone (PES) as host material is considered for analysis. Thin and transparent film samples are prepared by using different concentration of 2-MNA. To align 2-MNA molecules in the electric field direction within polymer matrix, the films are poled for half an hour by contact electrode poling technique. Conductance and dissipation factor of films are measured at room temperature by Agilent Impedance Analyzer after poling the films. Wide frequency ranges varying from 100Hz to 10M Hz are kept for optimization. The effects of chromophoric group (2-MNA) concentration on the electrical conductance and dissipation factor is analyzed. The behavior of conductance and dielectric loss arc optimized mathematically us¬ing FMINCON (a MATLAB tool) and multiobjective differential evolution algorithm (MODEA). To optimize the relation of conductance and dissipation factor with doping concentration of 2-MNA and applied frequency, the measured data is also modeled taking conductance and dissipation factor of films as dependent variable, which are affected by two independent variables namely frequency and dose of 2-MNA. The statistical validity and predictive capability of the obtained models is also checked by determining absolute average deviation and coefficients of determination.

PL

W pracy analizowano układ organiczny gospodarz-gość, składający się z aniliny 2-metylo-4-nitro (2-MNA) będącej gościem oraz polieterosulfonu (PES) będącego gospodarzem. Przygotowano cienkie i transparentne próbki filmów dla różnej koncentracji aniliny 2-MNA. W celu ułożenia molekuł 2-MNA w kierunku pola elektrycznego w matrycy polimeru, filmy pozostawały w polu elektrycznym przez pół godziny wykorzystując polaryzację elektrody. Przewodność elektryczną i czynnik rozproszenia powłok mierzono w temperaturze pokojowej analizatorem impe-dancji Agilent po procesie polaryzacji. Do optymalizacji procesu polaryzacji stosowano szeroki zakres częstotliwości od 100 Hz do 10 MHz. Analizowano wpływ koncentracji grupy chromoforowej (2 MNA) na przewodność elektryczną i czynnik rozproszenia. Zachowanie przewodności i straty dielektryczne było matema-tycznie optymalizowane z wykorzystaniem FMINCON (narzędzia MATLABa) i wielokryterialnego algorytmu ewolucji różnicowej (MODEA). Do optymalizacji relacji przewodności elektrycznej i czynnika rozproszenia z ilością substancji 2-MNA i zastosowaną częstotliwością, dane pomiarowe również były modelowane, przyjmując przewodność i czynnik rozproszenia jako wielkości zależne, będące funkcją dwóch zmiennych niezależnych: częstotliwości i ilości 2-MNA. Statystyczna istotność i możliwości przewidywania opracowanych modeli zostały także zweryfikowane poprzez określenie średniego odchylenia bezwzględnego i współczynników determinacji.

Słowa kluczowe

EN

2-MNA; contact poling; polyether sulfone; guest host system; conductance; dissipation factor; multi objective optimization

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.1
• Strony: 127--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Tyagi R.

• Department of Polymer Science & Process Engineering, Indian Institute of Technology Roorkee, India

autor

Pant M.

• Department of Applied Science & Engineering, Indian Institute of Technology Roorkee, India

autor

Singh Negi Y.

• Department of Polymer Science & Process Engineering, Indian Institute of Technology Roorkee, India

Bibliografia

• Agarwal, V.K., 2008, Langmuir-Blodgett Films, Phys Today, 41,40-46.
• Ali. M., Siarry, P., Pant, M., 2012, An Efficient Differential Evolution Based Algorithm for Solving Multi-objective Optimization Problems, Eur J Oper Res, 217, 404-416.
• Avila-Niño, J., Sustaita, A., Reyes-Reyes, M., López-Sandoval, R., 2011, Effect of the Thickness of Insulator Polymeric Films on the Memory Behavior: The Case of the Polymethylmethacrylate and the Polystyrene, Journal of Nanotechnology, 2011, 1-9.
• Bock, K., Aschenbrenner, R., Felba, J., 2003, Polymer Electronics-Fancy or the Future of Electronics, Proc. Conf. 27th International Conference Microelectronics and Packaging Society (IMAPS), ed., Drelichowska, M., Podlesice-Gliwice, 57-62.
• Bowen, C, Almond, D.P., 2006, Modelling the 'Universal' Dielectric Response in Heterogeneous Materials using Microstructural Electrical Networks, Mater Sci Tech Ser, 22,719-724.
• Dalton, L.R., Sullivan, P.A., Bale, D.H., 2009, Electric Field Poled Organic Electrooptic Materials: State of the Art and Future Prospects, Chem Rev, 110, 25-55.
• Deb K., Thiele, L., Laumanns, M., Zitzler, E., 2002, Scalable Multi-Objective Optimization Test Problems, Proc. Conf. Congress on Evolutionary Computation (CEC'02), Honolulu, 825-830.
• Decher, G., Schienoff, J.B., 2003, Sequential Assembly of Nanocomposite Materials, Multilayer Thin Films, eds, Decher, G, Schienoff, J.B., Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinhein, 1-46.
• Dodabalapur, A., 2006, Organic and Polymer Transistors for Electronics, Mater Today, 9, 24-30.
• Katz, H.E., Huang, J., 2009, Thin-film Organic Electronic Devices, Ann Rev Mater Res, 39, 71-92.
• Klauk, H., 2006, Organic Electronics: Materials, Manufacturing, and Applications, John Wiley & Sons.
• Kuang, L., Chen, Q., Sargent, E.H., Wang, Z.Y., 2003, Fullerene-containing Polyurethane Films with Large Ultrafast Nonresonant Third-order Nonlinearity at Telecommunication Wavelengths, J Am Chem Soc, 125, 13648-13649.
• Li, H, Zhang, Q., 2009, Multiobjective Optimization Problems with Complicated Pareto Sets, MOEA/D and NSGA-II, IEEE T Evolut Comput, 13,284-302.
• Macdonald, J.R., 1992, Impedance Spectroscopy, Ann Biomed Eng, 20, 289-305.
• Moliton, A., Hiorns, R.C., 2004, Review of Electronic and Optical Properties of Semiconducting π-Conjugated Polymers: Applications in Optoelectronics, Polym Int, 53, 1397-1412.
• Papathanassiou, A.N., Sakellis, I., Grammatikakis, J., 2007, Universal Frequency-Dependent ac Conductivity of Conducting Polymer Networks, Appl Phys Lett, 91, 1-3.
• Piqué, A., Auyeung, R., Stepnowski, J., Weir, D., Arnold, C, McGill, R., Chrisey, D., 2003, Laser Processing of Polymer Thin Films for Chemical Sensor Applications, Surf Coat Tech, 163-164,293-299.
• Prabhakaran, S., Sullivan, C.R., 2002, Impedance-Analyzer Measurements of High-Frequency Power Passives: Techniques for High Power and Low Impedance, Proc. Conf. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Pittsburgh, Pensylvania, 1360-1367.
• Pron, A., Rannou, P., 2002, Processible Conjugated Polymers: From Organic Semiconductors to Organic Metals and Superconductors, Prog Polym Sci, 27, 135-190.
• Rajasree, K., Radhakrishnan, P., Nampoori, V., Vallabhan, C, 1993, Determination of the Laser-induced Damage Threshold of Bulk Polymer Samples at 1.06 mu m using the Pulsed Photothermal Deflection Technique, Meas Sci Technol, 4, 591.
• Singer, K., Sohn, J., Lalama, S., 1986, Second Harmonic Generation in Poled Polymer Films, Appl Phys Lett, 49, 248-250.
• Van Mullekom, H, Vekemans, J., Havinga, E., Meijer, E., 2001, Developments in the Chemistry and Band Gap Engineering of Donor - Acceptor Substituted Conjugated Polymers, Materials Science and Engineering R-Reports, 32, 1-40.