Funktionale Blockcopolymere für die Anwendung in der Optoelektronik und Membrantechnik

Die vorliegende Arbeit untersucht zwei funktionale Blockcopolymersysteme, hierunter das amphiphile Blockcopolymer (BCP) Polystyrol-b-poly(2-hydroxyethylmethacrylat) (PS-b-PHEMA) und die elektroaktiven Carbazol-haltigen BCPs mit dem Potenzial für Anwendungen in der Membrantechnologie, Sensorik und Solarzellentechnik. Im Fokus stehen die Syntheseroute, Selbstassemblierung und selektive Responsivität der Polymere, die für die Anwendung essenziell sind. Für das BCP PS-b-PHEMA wird eine modulare Syntheseroute mittels Thiol-Maleimid-Click-Reaktion entwickelt und erfolgreich zur Herstellung selbstassemblierten SNIPS-Membranen eingesetzt. Der umweltfreundlichere SNIPS-Prozess unter Verwendung von Cellulose als Substrat führt zu neuartigen Kompositmembranen mit verändertem Phasenverhalten. Die folgenden Untersuchungen des Phasenverhaltens von PS-b-PHEMA in Anwesenheit von Cellulose zeigen für hochmolekulare BCPs photonische Eigenschaften auf, woraufhin der photonische Charakter des PS-b-PHEMA, unabhängig von der Cellulose, unter Verwendung des lösungsmittelfreien Schmelze-Scher-Verfahren untersucht wurde. Die erhaltenen flexiblen freistehenden BCP-Filme zeigen isotrope Mikrostrukturen und eine reversible Lösungsmittelresponsivität, weshalb sie für Anwendungen in der Sensorik geeignet sind. Abschließend werden eine skalierbare Synthese zur Herstellung des Monomerbausteins N-(p-Vinylphenyl)carbazol sowie die Polymerisation von Carbazol-haltigen Blockcopolymeren vorgestellt. Das resultierende Blockcopolymer VPhCbz-b-P2VP weist durch seine gute Löslichkeit und das niedrige Onset-Oxidationspotenzial, welches einen effizienten Ladungstransport ermöglicht, vielversprechende Eigenschaften auf, um als Additiv für Perowskit-Solarzellen Anwendung zu finden.

This study investigates two functional block copolymer systems, including the amphiphilic block copolymer (BCP) polystyrene-b-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PS-b-PHEMA) and the electro-active carbazole-containing BCPs, with the potential for applications in membrane technology, sensor technology, and solar cell technology. The focus is on the synthesis route, self-assembly, and selective responsiveness of the polymers essential for the application. A modular synthesis route using a thiol-maleimide click reaction is being developed for PS-b-PHEMA and successfully used to produce self-assembled SNIPS membranes. The more environmentally friendly SNIPS process using cellulose as substrate leads to novel composite membranes with altered phase behavior. The following investigations of the phase behavior of PS-b-PHEMA in the presence of cellulose reveal photonic properties for high molecular weight BCPs, whereupon the photonic character of PS-b-PHEMA, independent of cellulose, was investigated using the solvent-free melt-shear method. The obtained flexible free-standing BCP films exhibit isotropic microstructures and reversible solvent responsivity, making them suitable for sensing applications. Finally, a scalable synthesis for the preparation of the monomer building block N-(p-vinyl phenyl)carbazole, as well as the polymerization of carbazole-containing block copolymers are presented. The resulting block copolymer VPhCbz-b-P2VP shows promising properties for use as an additive for perovskite solar cells due to its good solubility and low onset oxidation potential, which enables efficient charge transport.