導電性高分子

ほとんどの有機高分子は本質的に絶縁体です。しかし、ポリマー骨格（共役結合）に沿って交互に単結合と二重結合を有する、またはフェニレン、ナフタレン、アントラセン、ピロール、チオフェンなどの芳香族環からなるいくつかの本質的導電性ポリマー（Icp）が存在する。

最初に導電性の高いポリマーが合成されたのはポリアセチレン（ポリエチン）であった。その電気伝導度は、この発見により2000年にノーベル化学賞を受賞した白川秀樹、アラン-ヒーガー、アラン-マクディアミッドによって発見された。彼らはZiegler-Nattaの触媒を使用してアセチレンからの銀色のフィルムとしてポリアセチレンを、準備したときに1974年の最初にこのポリマーを総合しました。その金属的な外観にもかかわらず、最初の試みは非常に導電性ポリマーをもたらさなかった。しかし、三年後、彼らはハロゲン蒸気で酸化すると、はるかに導電性のポリアセチレン膜が生成することを発見しました。1その導電性は、以前に知られていた他の導電性ポリマーよりも有意に高かった。この発見は、他の多くの導電性有機ポリマーの開発を開始しました。

ポリアセチレンのような非ドープな共役ポリマーの導電性は、金属と同様の導電性バンドの存在によるものです。共役ポリマーでは、四つの価電子の三つは、エルクトロンが強く局在しているsp2ハイブリダイゼーションを通じて強いπ結合を形成する。各炭素原子の残りの不対電子はpz軌道に残る。隣接するpz軌道と重なり合ってπ結合を形成する。これらの共役pz軌道のπ電子は、電子が自由に動くことができる拡張されたpz軌道系を形成するために重なり合っている（π電子の非局在化）。しかし、非ドープポリマーはかなり低い導電性を有する。電子が酸化（p-ドーピング）によって価電子帯から除去されるか、または還元（n-ドーピング）によって導電性バンドに添加される場合にのみ、ポリマーは高導電性ドーピングの4つの主な方法は次のとおりです。

酸化還元p-ドーピング: いくつかのπ結合は、ヨウ素、塩素、五フッ化ヒ素などの酸化剤でポリマーを処理することによって酸化される。
酸化還元n-doping2：リチウムやナフタリンナトリウムなどの還元剤でポリマーを処理することにより、γ結合の一部が還元される。
電気化学的p-およびn-ドーピング：ドーピングは、陰極還元（p）または陽極酸化（n）によって達成される)
光誘起ドーピング：ポリマーは、電子が伝導帯にジャンプすることを可能にする高エネルギー放射にさらされています。この場合、正電荷と負電荷はいくつかの結合に局在しています。

ドーピングは導電率を数桁増加させる。 102-104S/mの高い値が報告されています。導電性を増加させる別の方法は、ポリマー鎖の機械的整列である。ポリアセチレンの場合、105S/mと高い導電率は、銀および銅（108S/m）の導電率よりもまだいくつかの大きさが低いが、ポリマーベースのトランジスタ、発光ダイオードおよびレーザーなどの電子用途には十分であることが見出されている。

以下の表は、いくつかの一般的な共役ポリマーの典型的な導電率とその繰り返し単位を示しています。実際の導電率は、ポリマーの構造と形態だけでなく、ドーパントの種類とその濃度にも依存します。

いくつかの導電性ポリマーの電気伝導率
化合物	繰り返し単位	導電率(s cm-1)
トランス-ポリアセチレン		103 – 105
ポリチオフェン		103
ポリピロール		102 – 7.5 · 103
ポリ(p-フェニレン)		102 – 103
ポリアニリン		2 · 102
ポリ(p-フェニレンビニレン)		2 · 104