Polymer Properties Database
Ledende Polymerer
de fleste organiske polymerer er isolatorer av natur. Imidlertid finnes det noen få iboende ledende polymerer (Icp) som har vekslende enkelt – og dobbeltbindinger langs polymerbasen (konjugerte bindinger) eller som består av aromatiske ringer som fenylen, naftalen, antracen, pyrrol og tiofen som er forbundet med hverandre gjennom karbon-karbon enkeltbindinger.
den første polymeren med signifikant ledningsevne syntetisert var polyacetylen (polyethyne). Dens elektriske ledningsevne ble oppdaget Av Hideki Shirakawa, Alan Heeger og Alan MacDiarmid som mottok Nobelprisen i Kjemi i 2000 for denne oppdagelsen. De syntetiserte denne polymeren for første gang i år 1974 da de forberedte polyacetylen som en silveryfilm fra acetylen, ved hjelp av En Ziegler-Natta katalysator. Til tross for dets metalliske utseende ga det første forsøket ikke en meget ledende polymer. Men tre år senere oppdaget de at oksidasjon med halogendamp produserer en mye mer ledende polyacetylenfilm.1 dens ledningsevne var betydelig høyere enn noen annen tidligere kjent ledende polymer. Denne oppdagelsen startet utviklingen av mange andre ledende organiske polymerer.
ledningsevnen til ikke-dopede, konjugerte polymerer som polyacetylen skyldes eksistensen av et ledende bånd som ligner på et metall. I en konjugert polymer danner tre av de fire valenselektronene sterke σ gjennom sp2 hybridisering der elctrons er sterkt lokalisert. Den gjenværende uparede elektronen av hvert karbonatom forblir i en pz-orbital. Den overlapper med en nærliggende pz-orbital for å danne en π obligasjon. De π elektronene i disse konjugerte pz-orbitalene overlapper for å danne et utvidet pz-orbitalsystem gjennom hvilket elektroner kan bevege seg fritt (delokalisering av π elektroner). Imidlertid har ikke-dopede polymerer en ganske lav ledningsevne. Først når et elektron fjernes fra valensbåndet ved oksidasjon (p-doping) eller legges til ledningsbåndet ved reduksjon (n-doping), blir polymeren svært ledende. De fire viktigste metodene for doping er
-
Redox p-doping: Noen av π-bindingene oksyderes ved å behandle polymeren med et oksidasjonsmiddel som jod, klor, arsenpentafluorid etc.
-
Redoks n-doping2: Noen av π-bindingene reduseres ved å behandle polymeren med a-reduksjonsmidler som litium og natriumnaftalin.
-
Elektrokjemisk p-og n-doping: Doping oppnås ved katodisk reduksjon (p) eller ved anodisk oksidasjon (n)
-
Foto-Indusert Doping: polymeren er utsatt for høy energi stråling som gjør at elektroner kan hoppe til ledende bånd. I dette tilfellet er de positive og negative kostnadene lokalisert over noen få obligasjoner.
Doping øker ledningsevnen med mange størrelsesordener. Verdier så høye som 102 – 104 S / m er rapportert. En annen metode for å øke ledningsevnen er mekanisk justering av polymerkjedene. I tilfelle av polyacetylen er det funnet konduktiviteter så høye som 105 S/m, som fortsatt er flere størrelser lavere enn ledningsevnen til sølv og kobber (108 s/ m), men mer enn tilstrekkelig for elektroniske applikasjoner som polymerbaserte transistorer, lysemitterende dioder og lasere.
tabellen nedenfor viser typiske konduktiviteter av noen vanlige konjugerte polymerer og deres gjentatte enheter. Den faktiske ledningsevnen avhenger ikke bare av polymerens struktur og morfologi, men også av typen dopant og dens konsentrasjon.
| Sammensatt | Repeterende Enhet | Konduktivitet (s cm-1) |
| transpolyacetylen |  |
103 – 105 |
| Polythiophene |  |
103 |
| Polypyrrol |  |
102 – 7.5 · 103 |
| Poly (p-fenylen)) |  |
102 – 103 |
| Polyanilin |  |
2 · 102 |
| Poly (p-fenylen vinylen)) |  |
2 · 104 |
