polimer tulajdonságok Adatbázis

vezető polimerek

a legtöbb szerves polimer természeténél fogva szigetelő. Azonban létezik néhány belső vezetésű polimer (ICP), amelyek váltakozó egyszeres és kettős kötéssel rendelkeznek a polimer gerinc mentén (konjugált kötések), vagy amelyek aromás gyűrűkből állnak, például fenilénből, naftalinból, antracénből, pirrolból és tiofénből, amelyek szén-szén egyszeres kötéseken keresztül kapcsolódnak egymáshoz.

az első jelentős vezetőképességű szintetizált polimer poliacetilén (polietilén) volt. Elektromos vezetőképességét Hideki Shirakawa, Alan Heeger és Alan MacDiarmid fedezte fel, akik 2000-ben kémiai Nobel-díjat kaptak ezért a felfedezésért. Ezt a polimert először 1974-ben szintetizálták, amikor acetilénből ezüstös filmként poliacetilént készítettek, Ziegler-Natta katalizátor alkalmazásával. Fémes megjelenése ellenére az első kísérlet nem eredményezett nagyon vezetőképes polimert. Három évvel később azonban felfedezték, hogy a halogéngőzzel történő oxidáció sokkal vezetőképesebb poliacetilén fóliát eredményez.1 vezetőképessége szignifikánsan magasabb volt, mint bármely más korábban ismert vezetőképes polimer. Ez a felfedezés sok más vezetőképes szerves polimer kifejlesztését indította el.

a nem adalékolt, konjugált polimerek, például a poliacetilén vezetőképessége a fémhez hasonló vezető sáv létezésének köszönhető. Egy konjugált polimerben a négy vegyérték elektron közül három erőset képez 6db kötések sp2 hibridizáció ahol az elctronok erősen lokalizálódnak. Az egyes szénatomok fennmaradó párosítatlan elektronja pz pályán marad. Átfedésben van egy szomszédos pz orbitallal, hogy a-T alkosson. Ezeknek a konjugált pz-pályáknak a konjugált Pz-elektronjai átfedik egymást, így kiterjesztett pz-orbitális rendszert képeznek, amelyen keresztül az elektronok szabadon mozoghatnak (delokalizáció nak, – nek! elektronok). A nem adalékolt polimerek azonban meglehetősen alacsony vezetőképességgel rendelkeznek. Csak akkor válik a polimer erősen vezetőképessé, ha egy elektront oxidációval (p-doping) távolítanak el a vegyértéksávból, vagy redukcióval (n-doping) adnak a vezető sávhoz. A dopping négy fő módszere

• Redox p-dopping: Néhány a 6-kötés oxidálódik, ha a polimert oxidálószerrel kezeljük, például jóddal, klórral, arzén-pentafluoriddal stb.

• Redox n-doping2: néhány, a 6-kötések redukáljuk a polimer kezelésére egy redukálószerek, mint a lítium, és nátrium-naftalin.

• elektrokémiai P-és n-doping: a Doping katódos redukcióval (p) vagy anódos oxidációval (n)

• fotó által kiváltott dopping: a polimer nagy energiájú sugárzásnak van kitéve, amely lehetővé teszi az elektronok számára, hogy a vezető sávba ugorjanak. Ebben az esetben a pozitív és negatív töltések néhány kötvény felett helyezkednek el.

a dopping sok nagyságrenddel növeli a vezetőképességet. 102 – 104 S/m közötti értékeket jelentettek. A vezetőképesség növelésének másik módja a polimer láncok mechanikus igazítása. A poliacetilén esetében 105 S/m vezetőképességet találtak, ami még mindig több nagyságrenddel alacsonyabb, mint az ezüst és a réz vezetőképessége (108 S/m), de több mint elegendő az elektronikus alkalmazásokhoz, például polimer alapú tranzisztorokhoz, fénykibocsátó diódákhoz és lézerekhez.

az alábbi táblázat néhány gyakori konjugált polimer jellemző vezetőképességét és ismétlődő egységeit sorolja fel. A tényleges vezetőképesség nem csak a polimer szerkezetétől és morfológiájától függ, hanem a adalékanyag típusától és koncentrációjától is.

egyes vezetőképes polimerek elektromos vezetőképessége

vegyület	ismétlődő egység	vezetőképesség (S cm-1)
transz-Poliacetilén		103 – 105
Politiofén		103
Polipirrol		102 – 7.5 · 103
Poli (p-fenilén)		102 – 103
Polianilin		2 · 102
Poli (p-fenilén vinilén)		2 · 104