Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 62689 ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ STRUCTURE AND PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF POLYIMIDES BASED ON N,N’,N”,N”’SUBSTITUTED PAREPHENYLENEDIAMINE AND DIANHYDRIDES OF AROMATIC TETRACARBOXYLIC ACIDS Olkhov A A Olkhov A A aolkhov72@yandex.ru Rumyantsev B M Rumyantsev B M Zaikov G E Zaikov G E gezaikov@yahoo.com Ischenko A A Ischenko A A Shkodich V F Shkodich V F shkodich@mail.ru Kochnev A M Kochnev A M kochnev55@bk.ru Moscow Plekhanov Russian University of Economics, Moscow, Russia ru Moscow Plekhanov Russian University of Economics, Moscow, Russia ru nstitute of Chemical Physics, RAS, Moscow, Russia ru nstitute of Chemical Physics, RAS, Moscow, Russia ru nstitute of Biochemical Physics, RAS, Moscow, Russia ru nstitute of Biochemical Physics, RAS, Moscow, Russia ru Moscow Lomonosov State University of Fine Chemical Technology, Moscow, Russia ru Moscow Lomonosov State University of Fine Chemical Technology, Moscow, Russia ru Kazan National Research Technological University ru Kazan National Research Technological University ru Kazan National Research Technological University ru Kazan National Research Technological University ru 01 08 2025 01 08 2025 17 5 120 126 20 04 2023 https://vestniktu.ru/en/nauka/article/62689/view

Фотоэлектрические характеристики синтезированных полиимидов (ПИ) исследованы электрофотографическим методом. Новые конъюгированные полимеры, полиамиды на основе N, N', N", N" - замещенных парафенилендиамин и диангидридов тетракарбоновых ароматических кислот, были подготовлены с помощью реакции сочетания Сузуки. Полимер обладает отличной растворимостью в органическом растворителе, и имеет высокую термическую стабильность, например T D 10 при 453 ºС в атмосфере азота и при Tg около 140ºС. Фотоэлектрическая чувствительность ПИ пленок (3μм толщина) наблюдается в УФ и видимой областях спектра, благодаря взаимодействию переноса заряда между донорными и акцепторными участками ПИ цепей (образование комплексного переноса заряда, КПЗ). Исследование области зависимости фотогенерации квантового выхода доказывает то, что механизм фотогенерации является областью, способствующей к термодиссоциации ион-радикальных пар, кинетически связанных с возбужденным КПЗ. Вторым важным механизмом фотогенерации является фотостимуляция долгоживущих стабильных катион-радикалов - участков ПИ-доноров, представляющих отверстие (основные носители), захваченное глубокими центрами (фотостимулированные токи). Накопление катион-радикалов, в темноте и фотопроцессах приводит к зависимости фотоэлектрических характеристик от количества циклов заряд-разряда образца.

The photoelectric characteristics of the newly synthesized polyimides PI are investigated by using the electrophotographic method. A novel conjugated polymers, polyimides based on N,N’,N”,N”’-substituted paraphenylenediamine and dianhydrides of aromatic tetracarboxylic acids, was prepared via Suzuki coupling reaction. The polymer exhibits excellent solubility in common organic solvent, and has high thermal stability such as T d10 at 453 0C in nitrogen atmosphere and T g at about 140 0C. The photoelectric sensitivity of the PI films (3 m thickness) is observed in the UV, and visible spectral regions, due to the interactions with charge transfer between donor and acceptor fragments of the PI chains (formation of charge transfer complex, CTC). Study of the photogeneration quantum yield field dependence gives the evidence that the photogeneration mechanism is a field assisted thermo-dissociation of radical ion pairs kinetically associated with the excited CTC. The second important mechanism of photogeneration is photostimulation of long-lived stable cation-radicals of the donor PI fragments, representing the hole (major carriers) captured by deep centers (photostimulated currents). Accumulation of the cation-radicals in the dark and photoprocesses leads to the dependence of photovoltaic characteristics on the number of charge-discharge cycles of the sample.

electrophotographic method polyimides Suzuki coupling reaction photoelectric characteristics photoelectric sensitivity charge transfer complex photogeneration quantum yield photogeneration mechanism cation-radical anion-radical photovoltaic characteristics электрофотографический метод полиимиды реакция сочетания Сузуки фотоэлектрические характеристики фотоэлектрическая чувствительность комплексный перенос заряда фотогенерация квантовый выход механизм фотогенерации катион-радикальные анион-радикальные фотоэлектрические характеристики electrophotographic method polyimides Suzuki coupling reaction photoelectric characteristics photoelectric sensitivity charge transfer complex photogeneration quantum yield photogeneration mechanism cation-radical anion-radical photovoltaic characteristics электрофотографический метод полиимиды реакция сочетания Сузуки фотоэлектрические характеристики фотоэлектрическая чувствительность комплексный перенос заряда фотогенерация квантовый выход механизм фотогенерации катион-радикальные анион-радикальные фотоэлектрические характеристики

Beaujuge P.M., Vasilyeva S.V., Ellinger S., McCarley T.D., Reynolds J.R. // Macromolecules 2009, V. 42, P. 3694-3706. Beaujuge P.M., Vasilyeva S.V., Ellinger S., McCarley T.D., Reynolds J.R. // Macromolecules 2009, V. 42, P. 3694-3706. Han, F. S.; Higuchi, M.; Kurth, D. G. // Adv Mater 2007, 19, 3928-3931. Han, F. S.; Higuchi, M.; Kurth, D. G. // Adv Mater 2007, 19, 3928-3931. Udum, Y. A.; Yildiz, E.; Gunbas, G.; Toppare, L. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 3723-3731. Udum, Y. A.; Yildiz, E.; Gunbas, G.; Toppare, L. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 3723-3731. Thompson, B. C.; Kim, Y. G.; McCarley, T. D.; Reynolds, J. R. // J Am Chem Soc 2006, 128, 12714-12725. Thompson, B. C.; Kim, Y. G.; McCarley, T. D.; Reynolds, J. R. // J Am Chem Soc 2006, 128, 12714-12725. Michinobu, T.; Kumazawa, H.; Otsuki, E.; Usui, H.; Shigehara, K. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2009, 47, 3880-3891. Michinobu, T.; Kumazawa, H.; Otsuki, E.; Usui, H.; Shigehara, K. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2009, 47, 3880-3891. Elschner, A.; Heuer, H. W.; Jonas, F.; Kirchmeyer, S.; Wehrmann, R.; Wussow, K. // Adv Mater 2001, 13, 1811-1814. Elschner, A.; Heuer, H. W.; Jonas, F.; Kirchmeyer, S.; Wehrmann, R.; Wussow, K. // Adv Mater 2001, 13, 1811-1814. Winter, A.; Friebe, C.; Chiper, M.; Hager, M. D.; Schubert, U.S. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2009, 47, 4083-4098. Winter, A.; Friebe, C.; Chiper, M.; Hager, M. D.; Schubert, U.S. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2009, 47, 4083-4098. Forrest, S. R. // Nature 2004, 428, 911-918. Forrest, S. R. // Nature 2004, 428, 911-918. Liao, L.; Cirpan, A.; Chu, Q.; Karase, F. E.; Pang, Y. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2007, 45, 2048-2058. Liao, L.; Cirpan, A.; Chu, Q.; Karase, F. E.; Pang, Y. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2007, 45, 2048-2058. Yu, G.; Gao, J.; Hummelen, J. C.; Wudl, F.; Heeger, A. J. // Science 1995, 270, 1789-1791. Yu, G.; Gao, J.; Hummelen, J. C.; Wudl, F.; Heeger, A. J. // Science 1995, 270, 1789-1791. Kitamura, M.; Arakawa, Y. // Appl Phys Lett 2009, 95, 023503-02503(3). Kitamura, M.; Arakawa, Y. // Appl Phys Lett 2009, 95, 023503-02503(3). Dimitrakopoulos, C. D.; Malenfant, P. R. L. // Adv Mater 2002, 14, 99-117. Dimitrakopoulos, C. D.; Malenfant, P. R. L. // Adv Mater 2002, 14, 99-117. Liu, P.; Wu, Y.; Pan, H.; Li, Y.; Gardner, S.; Ong, B. S.; Zhu, S. // Chem Mater 2009, 21, 2727-2732. Liu, P.; Wu, Y.; Pan, H.; Li, Y.; Gardner, S.; Ong, B. S.; Zhu, S. // Chem Mater 2009, 21, 2727-2732. Roberts, M. E.; LeMieux, M. C.; Sokolov, A. N.; Bao, Z. // Nano Lett 2009, 9, 2526-2531. Roberts, M. E.; LeMieux, M. C.; Sokolov, A. N.; Bao, Z. // Nano Lett 2009, 9, 2526-2531. Durben, S.; Nickel, D.; KruЁ ger, R. A.; Sutherland, T. C.; Baumgartner, T. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 8179-8190. Durben, S.; Nickel, D.; KruE ger, R. A.; Sutherland, T. C.; Baumgartner, T. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 8179-8190. Segura, J. L.; Martin, N.; Guldi, D. M. // Chem Soc Rev 2005, 34, 31-47. Segura, J. L.; Martin, N.; Guldi, D. M. // Chem Soc Rev 2005, 34, 31-47. Chang, Y. T.; Hsu, S. L.; Su, M. H.; Wei, K. H. // Adv Mater 2009, 21, 2093-2097. Chang, Y. T.; Hsu, S. L.; Su, M. H.; Wei, K. H. // Adv Mater 2009, 21, 2093-2097. Zhou, E. J.; Tan, Z. A.; He, Y. J.; Yang, C. H.; Li, Y. F. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2007, 45, 629-638. Zhou, E. J.; Tan, Z. A.; He, Y. J.; Yang, C. H.; Li, Y. F. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2007, 45, 629-638. Ling, Q. D.; Liaw, D. J.; Zhuc, C.; Chanc, D. S. H.; Kang, E. T.; Neoh, K. G. Prog Polym Sci 2008, 33, 917-978. Ling, Q. D.; Liaw, D. J.; Zhuc, C.; Chanc, D. S. H.; Kang, E. T.; Neoh, K. G. Prog Polym Sci 2008, 33, 917-978. Ling, Q. D.; Liaw, D. J.; Teo, E. Y. H.; Zhu, C.; Chan, D. S. H.; Kang, E. T.; Neoh, K. G. // Polymer 2007, 48, 5182-5201. Ling, Q. D.; Liaw, D. J.; Teo, E. Y. H.; Zhu, C.; Chan, D. S. H.; Kang, E. T.; Neoh, K. G. // Polymer 2007, 48, 5182-5201. Scherf, U.; List, E. J. W. // Adv Mater 2002, 14, 477-487. Scherf, U.; List, E. J. W. // Adv Mater 2002, 14, 477-487. Naga, N.; Tagaya, N.; Noda, H.; Imai, T.; Tomoda, H. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 4513-4521. Naga, N.; Tagaya, N.; Noda, H.; Imai, T.; Tomoda, H. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 4513-4521. Wang, B.; Shen, F.; Lu, P.; Tang, S.; Zhang, W.; Pan, S.; Liu, M.; Liu, L.; Qiu, S.; Ma, Y. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 3120-3127. Wang, B.; Shen, F.; Lu, P.; Tang, S.; Zhang, W.; Pan, S.; Liu, M.; Liu, L.; Qiu, S.; Ma, Y. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 3120-3127. Xu, Y.; Guan, R.; Jiang, J.; Yang, W.; Zhen, H.; Peng, J.; Cao, Y. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 453-463. Xu, Y.; Guan, R.; Jiang, J.; Yang, W.; Zhen, H.; Peng, J.; Cao, Y. // J Polym Sci Part A: Polym Chem 2008, 46, 453-463. Ranger, M.; Rondeau, D.; Leclerc, M. // Macromolecules 1997, 30, 7686-7691. Ranger, M.; Rondeau, D.; Leclerc, M. // Macromolecules 1997, 30, 7686-7691. Janietz, S.; Bradley, D. D. C.; Grell, M.; Giebeler, C.; Inbasekaran, M.; Woo, E. P. // Appl Phys Lett 1998, 73, 2453-2455. Janietz, S.; Bradley, D. D. C.; Grell, M.; Giebeler, C.; Inbasekaran, M.; Woo, E. P. // Appl Phys Lett 1998, 73, 2453-2455. Posadas, D.; Florit, M. I. // J Phys Chem B 2004, 108, 15470-15476. Posadas, D.; Florit, M. I. // J Phys Chem B 2004, 108, 15470-15476. Sonmez, G.; Wudl, F. // J. Mater Chem 2005, 15, 20-22. Sonmez, G.; Wudl, F. // J. Mater Chem 2005, 15, 20-22. Rosseinsky, D. R.; Montimer, R. // J. Adv Mater 2001, 13, 783-793. Rosseinsky, D. R.; Montimer, R. // J. Adv Mater 2001, 13, 783-793. Durmus, A.; Gunbas, G. E.; Camurlu, P.; Toppare, L. // Chem Commun 2007, 31, 3246-3248. Durmus, A.; Gunbas, G. E.; Camurlu, P.; Toppare, L. // Chem Commun 2007, 31, 3246-3248. Ogino, K.; Kanagae, A.; Yamaguchi, R.; Sato, H.; Kurtaja, // J. Macromol Rapid Commun 1999, 20, 103-106. Ogino, K.; Kanagae, A.; Yamaguchi, R.; Sato, H.; Kurtaja, // J. Macromol Rapid Commun 1999, 20, 103-106. Yu, W. L.; Pei, J.; Huang, W.; Heeger, A. // J. Chem Commun 2000, 8, 681-682. Yu, W. L.; Pei, J.; Huang, W.; Heeger, A. // J. Chem Commun 2000, 8, 681-682. Chou, M. Y.; Leung, M. K.; Su, Y. O.; Chiang, S. L.; Lin, C. C.; Liu, J. H.; Kuo, C. K.; Mou, C. Y. // Chem Mater 2001, 16, 654-661. Chou, M. Y.; Leung, M. K.; Su, Y. O.; Chiang, S. L.; Lin, C. C.; Liu, J. H.; Kuo, C. K.; Mou, C. Y. // Chem Mater 2001, 16, 654-661. Wu, H.-U., Wang K.-L., Liaw, D.-J., Lee, K.-R., Lai, J.-Y. // J. Polym Sci: Part A: Polym Chem, 2010, 48, 1469-1476. Wu, H.-U., Wang K.-L., Liaw, D.-J., Lee, K.-R., Lai, J.-Y. // J. Polym Sci: Part A: Polym Chem, 2010, 48, 1469-1476. Kotov B.V., Berendyaev V.I., Rumyantsev B.M., Bespalov B.P., Lunina E.V., Vasilenko N.A. Molecular Design of Highly Sensitive Soluble Photoconductive Polyimides. // Doklady RAS, Physical Chemistry, 1999, v.367, p.183-187. Kotov B.V., Berendyaev V.I., Rumyantsev B.M., Bespalov B.P., Lunina E.V., Vasilenko N.A. Molecular Design of Highly Sensitive Soluble Photoconductive Polyimides. // Doklady RAS, Physical Chemistry, 1999, v.367, p.183-187. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Tsegel’skaya A.Yu., Kotov B.V. Molecular Aggregate Formation and Microphase Segregation Effects on the Photoelectrical and Photovoltaic Properties of Polyimide-Perylenediimide Composite Films. // Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2002, v.384, p.61-67. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Tsegel’skaya A.Yu., Kotov B.V. Molecular Aggregate Formation and Microphase Segregation Effects on the Photoelectrical and Photovoltaic Properties of Polyimide-Perylenediimide Composite Films. // Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2002, v.384, p.61-67. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Golub A.S., Lenenko N.D., Novikov Yu.N., Krinichnaya E.P., Zhuravleva T.S. Organic-Inorganic Polymer Nanocomposites for Photovoltaics. J. High Energy Chem. 2008, v.42, № 7, p.61-63. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Golub A.S., Lenenko N.D., Novikov Yu.N., Krinichnaya E.P., Zhuravleva T.S. Organic-Inorganic Polymer Nanocomposites for Photovoltaics. J. High Energy Chem. 2008, v.42, № 7, p.61-63. Mal’tsev E.I., Berendyaev V.I., Brusentseva M.A., Tameev A.R., Kolesnikov V.A., Kozlov A.A., Kotov B.V., Vannikov A.V. Aromatic Polyimides as Efficient Materials for Organic Electroluminescent Devices. // Polym. International. 1997, v.42, p.404. Mal’tsev E.I., Berendyaev V.I., Brusentseva M.A., Tameev A.R., Kolesnikov V.A., Kozlov A.A., Kotov B.V., Vannikov A.V. Aromatic Polyimides as Efficient Materials for Organic Electroluminescent Devices. // Polym. International. 1997, v.42, p.404. Muhlbacher D., Brabec C.J., Sariciftsi N.S., Kotov B.V., Berendyaev V.I., Rumyantsev B.M., Hummelen J.C. Sensitization of Photoconductive Polyimides for Photovoltaic Applications. // Synth. Metals. 2001, v.121, p.1550-1551. Muhlbacher D., Brabec C.J., Sariciftsi N.S., Kotov B.V., Berendyaev V.I., Rumyantsev B.M., Hummelen J.C. Sensitization of Photoconductive Polyimides for Photovoltaic Applications. // Synth. Metals. 2001, v.121, p.1550-1551. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I. Organic Polymer p-n Heterostructures for Optoelectronics // J. Chem. Phys. (Russian) in press. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I. Organic Polymer p-n Heterostructures for Optoelectronics // J. Chem. Phys. (Russian) in press. Marjanovich N., Singh Th.B., Deunler G., Gunes S., Neugebauer H., Sariciftsi N.S. Schwodianer R., Bauer S. Photoresponse of Organic Field-Effect Transistors Based on Conjugated Polymer /Fullerene Blends. // Organic Electronics. 2006, v.7, issue 4, p.188-194. Marjanovich N., Singh Th.B., Deunler G., Gunes S., Neugebauer H., Sariciftsi N.S. Schwodianer R., Bauer S. Photoresponse of Organic Field-Effect Transistors Based on Conjugated Polymer /Fullerene Blends. // Organic Electronics. 2006, v.7, issue 4, p.188-194. Grenishin S.G. Electrophotographic process. M.: Science. 1970, 374 p. Grenishin S.G. Electrophotographic process. M.: Science. 1970, 374 p. Chang, C.-H., Wang, K.-L., Jiang, J.-C., Liaw, D.-J., Lee, K.-R., Lai, J.-Y., Lai, K.-H. // Polymer 2010, 51, 4493-4502. Chang, C.-H., Wang, K.-L., Jiang, J.-C., Liaw, D.-J., Lee, K.-R., Lai, J.-Y., Lai, K.-H. // Polymer 2010, 51, 4493-4502. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Vasilenko N.A., Malenko S.V., Kotov B.V. Photogeneration of Charge Carriers in Layers of Soluble Photoconducting Polyimides and Their Sensitization by Dyes. // Polymer Science, Ser. A, 1997, v.39, №4, p.506-512. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Vasilenko N.A., Malenko S.V., Kotov B.V. Photogeneration of Charge Carriers in Layers of Soluble Photoconducting Polyimides and Their Sensitization by Dyes. // Polymer Science, Ser. A, 1997, v.39, №4, p.506-512. Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Kotov B.V. Photoconduction Kinetics and Nature of Intermediate Photogeneration Centers in Soluble Photoconductive Polyimides. // J. Phys. Chem. Photochemistry and Magnetochemistry (Russian). 1999, v.73, №3, p. 538-547. Icentific Rumyantsev B.M., Berendyaev V.I., Kotov B.V. Photoconduction Kinetics and Nature of Intermediate Photogeneration Centers in Soluble Photoconductive Polyimides. // J. Phys. Chem. Photochemistry and Magnetochemistry (Russian). 1999, v.73, №3, p. 538-547. Icentific Relaxation in Polymers. Edited by T. Kobayashi. World Scientific. Singapore, 1993, 329 p. Relaxation in Polymers. Edited by T. Kobayashi. World Scientific. Singapore, 1993, 329 p. Semiconductors and Semimetals. V. 85. Quantum Efficiency in Complex Systems. Part II. From Molecular Aggregates to Organic Solar Cells. Edited by U. Wurfel, M. Thowart and E. Weber. Elsevier, 2011, 341 p. Chapter 9, p. 312. Semiconductors and Semimetals. V. 85. Quantum Efficiency in Complex Systems. Part II. From Molecular Aggregates to Organic Solar Cells. Edited by U. Wurfel, M. Thowart and E. Weber. Elsevier, 2011, 341 p. Chapter 9, p. 312.