database over Polymeregenskaber
ledende polymerer
de fleste organiske polymerer er isolatorer af natur. Imidlertid findes der et par iboende ledende polymerer (ICP ‘ er), der har vekslende enkelt-og dobbeltbindinger langs polymerryggen (konjugerede bindinger), eller som er sammensat af aromatiske ringe såsom phenylen, naphthalen, anthracen, pyrrol og thiophen, som er forbundet med hinanden gennem kulstof-kulstof-enkeltbindinger.
den første polymer med signifikant ledningsevne syntetiseret var polyacetylen (polyethyne). Dens elektriske ledningsevne blev opdaget af Hideki, Alan Heeger og Alan MacDiarmid, der modtog Nobelprisen i kemi i 2000 for denne opdagelse. De syntetiserede denne polymer for første gang i år 1974, da de fremstillede polyacetylen som en sølvfilm fra acetylen ved hjælp af en lynlås-Natta katalysator. På trods af dets metalliske udseende gav det første forsøg ikke en meget ledende polymer. Tre år senere opdagede de imidlertid, at iltning med halogendamp producerer en meget mere ledende polyacetylenfilm.1 dens ledningsevne var signifikant højere end nogen anden tidligere kendt ledende polymer. Denne opdagelse startede udviklingen af mange andre ledende organiske polymerer.
ledningsevnen af ikke-doterede, konjugerede polymerer, såsom polyacetylen, skyldes eksistensen af et ledende bånd svarende til et metal. I en konjugeret polymer danner tre af de fire valenselektroner stærke kursbindinger gennem sp2-hybridisering, hvor elctroner er stærkt lokaliserede. Den resterende uparrede elektron af hvert carbonatom forbliver i en orbital. Det overlapper med en nærliggende PSA-orbital for at danne en kursbinding. Disse elektroner overlapper hinanden for at danne et udvidet kredsløbssystem, gennem hvilket elektroner kan bevæge sig frit (delokalisering af elektroner). Imidlertid har ikke-doterede polymerer en ret lav ledningsevne. Først når en elektron fjernes fra valensbåndet ved iltning (p-doping) eller tilsættes til det ledende bånd ved reduktion (n-doping) bliver polymeren meget ledende. De fire vigtigste metoder til doping er
-
p-doping: Nogle af de kar-bindinger iltes ved at behandle polymeren med et iltningsmiddel, såsom iod, chlor, arsen pentafluorid etc.
-
Redoks n-doping2: nogle af de røde bindinger reduceres ved at behandle polymeren med et reduktionsmiddel, såsom lithium, og natriumnaphthalin.
-
elektrokemisk P-og n-doping: Doping opnås ved katodisk reduktion (p) eller ved anodisk iltning (n)
-
Fotoinduceret Doping: polymeren udsættes for høj energistråling, der gør det muligt for elektroner at hoppe til det ledende bånd. I dette tilfælde er de positive og negative ladninger lokaliseret over nogle få obligationer.
Doping øger ledningsevnen med mange størrelsesordener. Værdier så høje som 102 – 104 S/m er rapporteret. En anden metode til at øge ledningsevnen er mekanisk justering af polymerkæderne. I tilfælde af polyacetylen er der fundet ledningsevne så høje som 105 S/m, som stadig er flere størrelser lavere end ledningsevnen for sølv og kobber (108 S/m), men mere end tilstrækkelig til elektroniske applikationer såsom polymerbaserede transistorer, lysemitterende dioder og lasere.
nedenstående tabel viser typiske ledningsevne for nogle almindelige konjugerede polymerer og deres gentagelsesenheder. Den faktiske ledningsevne afhænger ikke kun af polymerens struktur og morfologi, men også af typen af doteringsmiddel og dets koncentration.
| forbindelse | gentagende enhed | ledningsevne (s cm-1) |
| trans-polyacetylen |  |
103 – 105 |
| Polythiophen |  |
103 |
| Polypyrrol |  |
102 – 7.5 · 103 |
| Poly (p-phenylen) |  |
102 – 103 |
| Polyanilin |  |
2 · 102 |
| Poly (p-phenylenvinylen) |  |
2 · 104 |
