Lithuanian Journal of Physics article / Lietuvos fizikos žurnalo straipsnis

STRUCTURAL AND DIELECTRIC PROPERTIES OF TRANS-STILBENE–TPD-TYPE MOLECULAR COMPOSITES
Rokas Dobužinskas^a, Robertas Maldžius^a, M. Solovjovaitė^a, Mindaugas Viliūnas^a, Andrius Poškus^a, Simona Urnikaitė^b, and Mantas Grigalavičius^c
^aInstitute of Chemical Physics, Faculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 3, 10257 Vilnius, Lithuania
^bDepartment of Organic Chemistry, Faculty of Chemical Technology, Kaunas University of Technology, Radvilėnų 19, 50254 Kaunas, Lithuania
^cLaser Research Center, Faculty of Physics, Vilnius University, Saulėtekio 10, 10223 Vilnius, Lithuania
Email: rokas.dobuzinskas@ff.vu.lt
Received 27 February 2026; accepted 27 February 2026

Dedicated to Professor Vytautas Balevičius on the occasion of his 75th jubilee – for his outstanding contribution to Lithuanian physics, his long-standing pedagogical service, and the inspiration he has given to generations of students and researchers. His love for music and his ability to create a special atmosphere of togetherness have shaped those who call themselves physicists – their foundations of precision and humanity

The crystallization behaviour and dielectric response of trans-stilbene embedded in a small-molecule hole-transport matrix were examined as a function of composition. In contrast to polymeric hosts, the crystallizing tritolyl-triarylamine-based material – structurally related to TPD – enables a direct analysis of mutual crystallization effects between the two molecular solids. Composite films containing 5–80% trans-stilbene were prepared by drop casting and characterized using X-ray diffraction, optical microscopy, and dosed charging measurements. XRD and microscopy reveal concentration-dependent phase coexistence and morphological evolution, while dielectric measurements show a pronounced nonmonotonic dependence on the composition, with an enhanced effective permittivity at intermediate concentrations (20–40%). The results highlight the interplay between molecular crystallization and interfacial polarization as a key mechanism governing and enhancing the electrostatic properties of stilbene-tolylamine intermolecular composites.
Keywords: trans-stilbene, hole transport materials, molecular composites, X-ray diffraction, dosed charging, dielectric permittivity

TRANS-STILBENO IR TPD TIPO MOLEKULINIO KOMPOZITO STRUKTŪRINĖS IR DIELEKTRINĖS SAVYBĖS
Rokas Dobužinskas^a, Robertas Maldžius^a, M. Solovjovaitė^a, Mindaugas Viliūnas^a, Andrius Poškus^a, Simona Urnikaitė^b, Mantas Grigalavičius^c

^aVilniaus universiteto Fizikos fakulteto Cheminės fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^bKauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto Organinės chemijos katedra, Kaunas, Lietuva
^cVilniaus universiteto Fizikos fakulteto Lazerinių tyrimų centras, Vilnius, Lietuva

Skiriama profesoriui Vytautui Balevičiui, mininčiam 75 metų jubiliejų – už išskirtinį indėlį į Lietuvos fizikos mokslą, ilgametę pedagoginę tarnystę ir įkvėpimą, kurį suteikė kelioms kartoms studentų bei tyrėjų. Jo meilė muzikai ir gebėjimas kurti ypatingą bendrystės atmosferą formavo tuos, kurie save vadina fizikais, – jų tikslumo ir žmogiškumo pamatus.

Šiuo tyrimu pristatomas trans-stilbeno kristalizacijos ir dielektrės skvarbos sąryšis, įterpiant į mažos molekulinės masės skylių pernašos matricą TPD tipo mažamolekulinę medžiagą N-TPTB. Skirtingai nei polimerai, N-TPTB yra linkęs kristalizuotis dėl tritolilo-triarilamino funkcinių grupių, kurios struktūriškai artimos TPD, tačiau kristalizacijos efektas išreikštas maksimaliu chemiškai struktūriniu būdu. Tokiu būdu sistema leidžia nagrinėti maksimaliai išreikštus tarpusavio kristalizacijos reiškinius tarp dviejų molekulinių kietųjų fazių. Buvo pagaminti ir ištirti kompoziciniai plėveliniai mėginiai, turintys 5–80 % trans-stilbeno, panaudojant liejimo iš tirpalo metodą. Jų struktūrinės ir fizikinės savybės analizuotos rentgeno difrakcijos, optinės mikroskopijos ir dozuoto įkrovimo metodais. Rentgeno difrakcija ir mikroskopija atskleidė koncentracijai jautrų fazių koegzistavimą ir mikrostruktūros kitimą, o dielektriniai matavimai parodė ryškų nemonotonišką priklausomybės nuo sudėties pobūdį: efektyviausia dielektrinė skvarba įvertinta tarpiniuose mišiniuose (20–40 %). Rezultatai rodo, kad molekulinės kristalizacijos ir tarpfazių poliarizacijos tarpusavio sąveika yra pagrindinis mechanizmas, lemiantis ir stiprinantis elektrostatines stilbeno-tolilamino kompozitų savybes

References / Nuorodos

[1] C.W. Han and Y.H. Tak, OLED manufacturing process for TV application, in: Flat Panel Display Manufacturing (John Wiley & Sons, Ltd, 2018),
https://doi.org/10.1002/9781119161387.ch8_02
[2] N.S. Sariciftci, D. Braun, C. Zhang, V.I. Srdanov, A.J. Heeger, G. Stucky, and F. Wudl, Semiconducting polymer-buckminsterfullerene heterojunctions: Diodes, photodiodes, and photovoltaic cells, Appl. Phys. Lett. 62, 585(1993),
https://doi.org/10.1063/1.108863
[3] K. Zhang, J. Wu, C. Sun, D.S. Chung, Y. Geng, and L. Ye, The rising promise of organic photodetectors in emerging technologies, Nat. Rev. Mater. 10, 487 (2025),
https://doi.org/10.1038/s41578-025-00821-2
[4] R. Dobužinskas, A. Poškus, V. Jankauskas, M. Viliūnas, E. Kamarauskas, M. Daškevičienė, V. Getautis, K. Arlauskas, and D. Abramavičius, Bromine-enhanced organic materials for X-ray sensors: Unveiling the potential of small molecules and polymers through material design and film fabrication, Adv. Sensor Res. 3, 2400018 (2024),
https://doi.org/10.1002/adsr.202400018
[5] R. Dobužinskas, A. Poškus, M. Viliūnas, V. Jankauskas, M. Daškevičienė, V. Getautis, and K. Arlauskas, Melt spin coating for X-ray-sensitive hybrid organic-inorganic layers of small carbazoly-containing molecules blended with tungsten, Phys. Status Solidi A 216, 1900635 (2019),
https://doi.org/10.1002/pssa.201900635
[6] C. Garcias-Morales, D. Romero-Borja, J.-L. Maldonado, A. Roa, M. Rodríguez, J. García-Merinos, and A. Ariza-Castolo, Small molecules derived from Thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD) and their use in solution processed organic solar cells, Molecules 22, 1607 (2017),
https://doi.org/10.3390/molecules22101607
[7] G. Juška, K. Arlauskas, and K. Genevičius, Charge carrier transport and recombination in disordered materials, Lith. J. Phys. 56, 182 (2016),
https://doi.org/10.3952/physics.v56i3.3367
[8] A. Intaniwet, J.L. Keddie, M. Shkunov, and P.J. Sellin, High charge-carrier mobilities in blends of poly(triarylamine) and TIPS-pentacene leading to better performing X-ray sensors, Org. Electron. 12, 1903 (2011),
https://doi.org/10.1016/j.orgel.2011.08.003
[9] M. Kluska, J. Jabłońska, and W. Prukała, Analytics, properties and applications of biologically active stilbene derivatives, Molecules 28, 4482 (2023),
https://doi.org/10.3390/molecules28114482
[10] G.I. Likhtenshtein, Stilbenes: Applications in Chemistry, Life Sciences and Materials Science (Wiley, 2009),
https://doi.org/10.1002/9783527628087
[11] V. Govindan, D.J. Daniel, P.Q. Vuong, K. Sankaranarayanan, and H.J. Kim, Unidirectional growth of pure and composite t-stilbene single crystals for scintillator applications, J. Cryst. Growth 531, 125344 (2020),
https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2019.125344
[12] I. Halimski, R. Karpicz, A. Dementjev, M. Jankunec, J. Chmeliov, M. Macernis, D. Abramavicius, and L. Valkunas, trans-Stilbene aggregates and crystallites in polystyrene films: microscopy and spectroscopy studies, Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 23692 (2024),
https://doi.org/10.1039/D4CP02291B
[13] N. Zaitseva, A. Glenn, L. Carman, H.P. Martinez, R. Hatarik, H. Klapper, and S. Payne, Scintillation properties of solution-grown trans-stilbene single crystals, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 789, 8 (2015),
https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.03.090
[14] J. Bernstein, Refinement of trans-stilbene: A comparison of two crystallographic studies, Acta Crystallogr. B 31, 1268 (1975),
https://doi.org/10.1107/S0567740875005031
[15] M. Nagai and H. Nozoye, Crystallization and aggregation processes of vacuum-evaporated TPD films, J. Electrochem. Soc. 154, J239 (2007),
https://doi.org/10.1149/1.2744137
[16] R. Dobužinskas, A. Poškus, and K. Arlauskas, X-ray sensitivity of small organic molecule and zinc cadmium sulfide mixture layers deposited using thermal melting technique, Org. Electron. 18, 37 (2015),
https://doi.org/10.1016/j.orgel.2015.01.004
[17] P. Sirviö, J. Sidaravicius, T. Lozovski, S. Kuskevicius, and K. Backfolk, Dosed charging: Application to the investigation of papers, J. Electrost. 67, 730 (2009),
https://doi.org/10.1016/j.elstat.2009.03.010
[18] R. Maldzius, T. Lozovski, J. Sidaravicius, K. Backfolk, and I. Heiskanen, Influence of environmental relative humidity on the polarization behaviour of paper and paper-dielectric structures, Cellulose 27, 10303 (2020),
https://doi.org/10.1007/s10570-020-03457-3
[19] P. Hofmann, Solid State Physics: An Introduction (Wiley, 2015),
https://www.wiley.com/en-us/Solid+State+Physics%3A+An+Introduction%2C+3rd+Edition-p-9783527414109
[20] D.J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics (Cambridge University Press, 2023),
https://doi.org/10.1017/9781009397735
[21] G.G. Raju, Dielectrics in Electric Fields: Tables, Atoms, and Molecules, 2nd ed. (CRC Press, Boca Raton, 2017),
https://doi.org/10.1201/9781315373270