Polymeereigenschappen Database
geleidende polymeren
de meeste organische polymeren zijn van nature isolatoren. Er bestaan echter een paar intrinsiek geleidende polymeren (ICP ‘ s) die afwisselende enkelvoudige en dubbele bindingen hebben langs de polymeerbindingen (geconjugeerde bindingen) of die bestaan uit aromatische ringen zoals fenyleen, naftaleen, antraceen, pyrrool en thiofeen die met elkaar verbonden zijn door koolstof-koolstof enkelvoudige bindingen.
het eerste polymeer met significante geleidbaarheid gesynthetiseerd was polyacetyleen (polyethyne). De elektrische geleidbaarheid werd ontdekt door Hideki Shirakawa, Alan Heeger en Alan MacDiarmid die in 2000 de Nobelprijs voor de Scheikunde ontvingen voor deze ontdekking. Ze synthetiseerden dit polymeer voor het eerst in het jaar 1974 toen ze polyacetyleen bereidden als een zilverachtige film uit Acetyleen, met behulp van een Ziegler-Natta katalysator. Ondanks zijn metalen uiterlijk leverde de eerste poging geen zeer geleidend polymeer op. Drie jaar later ontdekten ze echter dat oxidatie met halogeendamp een veel geleidender polyacetyleenfilm produceert.1 zijn geleidbaarheid was significant hoger dan enig ander voorheen bekend geleidend polymeer. Deze ontdekking begon met de ontwikkeling van vele andere geleidende organische polymeren.
de geleidbaarheid van niet-gedoteerde geconjugeerde polymeren zoals polyacetyleen is te wijten aan het bestaan van een geleidende band die lijkt op een metaal. In een geconjugeerd polymeer vormen drie van de vier valentieelektronen sterke σ-bindingen door SP2-hybridisatie waar elctrons sterk gelokaliseerd zijn. Het resterende ongepaarde elektron van elk koolstofatoom blijft in een PZ-Baan. Het overlapt met een naburige PZ orbitaal om een π binding te vormen. De π elektronen van deze geconjugeerde PZ orbitalen overlappen elkaar om een uitgebreid PZ orbitaal systeem te vormen waardoor elektronen vrij kunnen bewegen (delokalisatie van π elektronen). Niet-gedoteerde polymeren hebben echter een vrij lage geleidbaarheid. Alleen wanneer een elektron door oxidatie (p-doping) uit de valentieband wordt verwijderd of door reductie (n-doping) aan de geleidende band wordt toegevoegd, wordt het polymeer zeer geleidend. De vier belangrijkste dopingmethoden zijn:
-
Redox p-doping: Sommige π-bindingen worden geoxideerd door het polymeer te behandelen met een oxiderende agent zoals jodium, chloor, arseenpentafluoride enz.
-
Redox n-doping2: sommige π-bindingen worden verminderd door het polymeer te behandelen met reducerende middelen zoals lithium en natriumnaftaline.
-
elektrochemische P-en n-doping: Doping wordt bereikt door kathodische reductie (p) of door anodische oxidatie (n)
-
foto-geïnduceerde Doping: het polymeer wordt blootgesteld aan hoge energie straling waardoor elektronen om te springen Naar de geleidende band. In dit geval worden de positieve en negatieve lasten gelokaliseerd over een paar bindingen.
Doping verhoogt de geleidbaarheid met vele ordes van grootte. Waarden tot 102-104 S/m zijn gemeld. Een andere methode om geleidbaarheid te verhogen is mechanische uitlijning van de polymeerketens. In het geval van polyacetyleen zijn geleidbaarheid tot 105 S/m gevonden, wat nog steeds verscheidene magnitudes lager is dan de geleidbaarheid van zilver en koper (108 S/m), maar meer dan voldoende is voor elektronische toepassingen zoals transistors op polymeerbasis, luminescentiedioden en lasers.
de onderstaande tabel geeft een overzicht van de typische geleidbaarheid van enkele veelvoorkomende geconjugeerde polymeren en hun herhaaleenheden. De werkelijke geleidbaarheid hangt niet alleen af van de structuur en morfologie van het polymeer, maar ook van het type dopmiddel en de concentratie ervan.
| Samengestelde | Repeterende Eenheid | Geleidbaarheid (S cm-1) |
| trans-Polyacetylene |  |
103 – 105 |
| Polythiophene |  |
103 |
| Polypyrrole |  |
102 – 7.5 · 103 |
| Poly(p-phenylene) |  |
102 – 103 |
| Polyaniline |  |
2 · 102 |
| Poly(p-phenylene vinyleen) |  |
2 · 104 |
