고분자 특성 데이터베이스

전도성 중합체

대부분의 유기 중합체는 본질적으로 절연체이다. 그러나,중합체 백본(공액 결합)을 따라 교번하는 단일 및 이중 결합을 갖거나,탄소-탄소 단일 결합을 통해 서로 연결되는 페닐렌,나프탈렌,안트라센,피롤 및 티 오펜과 같은 방향족 고리로 구성된 몇 개의 본질 전도성 중합체가 존재한다.

합성된 유의한 전도성을 갖는 제 1 중합체는 폴리아세틸렌(폴리에틴)이었다. 그것의 전기 전도도는 시라카와 히데키,앨런 하이거,및 앨런 맥디 아르 미드 이 발견으로 2000 년 노벨 화학상을받은 사람. 그들은 지글러-나타 촉매를 사용하여,아세틸렌에서 은빛 필름으로 폴리 아세틸렌을 제조 할 때 그들은 1974 년에 처음으로이 폴리머를 합성. 그것의 금속 외관에도 불구하고,첫번째 시도는 아주 전도성 중합체를 산출하지 않았다. 그러나 3 년 후,그들은 할로겐 증기로 산화가 훨씬 더 전도성 인 폴리 아세틸렌 필름을 생성한다는 것을 발견했습니다.1 그 전도도는 이전에 알려진 다른 전도성 중합체보다 상당히 높았다. 이 발견은 다른 많은 전도성 유기 중합체의 개발을 시작했습니다.

폴리아세틸렌과 같은 도핑되지 않은 공액 중합체의 전도도는 금속과 유사한 전도성 밴드의 존재에 기인한다. 공액 중합체에서 4 개의 원자가 전자 중 3 개는 엘크 트론이 강하게 국소화되는 스 2 하이브리드 화를 통해 강한 결합을 형성합니다. 각 탄소 원자의 나머지 짝을 이루지 않은 전자는 페지 궤도에 남아 있습니다. 그것은 이웃과 겹칩니다. 전자가 자유롭게 움직일 수 있는 확장된 전자의 궤도 시스템을 형성하도록 중첩된다. 그러나,도핑되지 않은 중합체는 다소 낮은 전도성을 갖는다. 전자가 산화(피-도핑)에 의해 원자가 밴드로부터 제거되거나 환원(엔-도핑)에 의해 전도 밴드에 첨가 될 때만 중합체는 전도성이 높다. 도핑의 네 가지 주요 방법은 다음과 같습니다

• 산화 환원 피 도핑: 일부 결합은 중합체를 요오드,염소,펜타 플루오 라이드 비소 등과 같은 산화제로 처리함으로써 산화된다.

• 산화 환원 엔-도핑 2:일부-결합은 중합체를 리튬 및 나프탈린 나트륨과 같은 환원제로 처리함으로써 환원된다.

• 전기 화학적 피-및 엔-도핑:도핑은 음극 감소(피)또는 양극 산화(엔)

• 광 유도 도핑:중합체는 전자가 전도 밴드로 이동할 수 있도록 고 에너지 방사선에 노출된다. 이 경우 양수 및 음수 전하가 몇 채권에 걸쳐 지역화됩니다.

도핑은 많은 크기 순으로 전도도를 증가시킵니다. 102-104 초/초의 높은 값이보고되었습니다. 전도도를 증가시키는 또 다른 방법은 중합체 사슬의 기계적 정렬이다. 폴리아세틸렌의 경우,105 초/엠 정도의 높은 전도도가 발견되었는데,이는 은과 구리의 전도도보다 여전히 몇 가지 크기(108 초/엠)보다 낮지 만 폴리머 기반 트랜지스터,발광 다이오드 및 레이저와 같은 전자 응용 분야에는 충분합니다.

아래 표에는 몇 가지 일반적인 공액 중합체와 그 반복 단위의 전형적인 전도도가 나와 있습니다. 실제 전도도는 중합체의 구조 및 형태뿐만 아니라 도펀트의 유형 및 농도에 따라 달라집니다.

일부 전도성 폴리머의 전기 전도성

화합물	반복 단위	전도도-1)
트랜스 폴리 아세틸렌		103 – 105
폴리티오펜		103
폴리피롤		102 – 7.5 · 103
폴리(피-페닐 렌)		102 – 103
폴리아닐린		2 · 102
폴리(피-페닐렌 비닐렌)		2 · 104