baza danych właściwości polimerów
polimery przewodzące
Większość polimerów organicznych jest z natury izolatorami. Istnieje jednak kilka polimerów wewnętrznie przewodzących (ICP), które mają naprzemienne wiązania pojedyncze i podwójne wzdłuż szkieletu polimeru (wiązania sprzężone) lub które składają się z pierścieni aromatycznych, takich jak fenylen, naftalen, antracenu, pirolu i tiofenu, które są połączone ze sobą za pomocą pojedynczych wiązań węgiel-węgiel.
pierwszym polimerem o znacznej przewodności syntetyzowanej był poliacetylen (polyethyne). Jego przewodnictwo elektryczne zostało odkryte przez Hideki Shirakawę, Alana Heegera i Alana Macdiarmida, którzy otrzymali za to odkrycie Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2000 roku. Zsyntetyzowali ten polimer po raz pierwszy w roku 1974, kiedy przygotowali poliacetylen jako srebrzystą warstwę z acetylenu, używając katalizatora Ziegler-Natta. Pomimo metalicznego wyglądu, pierwsza próba nie przyniosła bardzo przewodzącego polimeru. Jednak trzy lata później odkryli, że utlenianie oparami halogenowymi tworzy o wiele bardziej przewodzącą warstwę poliacetylenową.1 jego przewodność była znacznie wyższa niż jakikolwiek inny wcześniej znany polimer przewodzący. Odkrycie to zapoczątkowało rozwój wielu innych przewodzących polimerów organicznych.
przewodność nie domieszkowanych, sprzężonych polimerów, takich jak poliacetylen, wynika z istnienia pasma przewodzącego podobnego do metalu. W sprzężonym polimerze trzy z czterech elektronów walencyjnych tworzą silne wiązania σ poprzez hybrydyzację sp2, gdzie elctrony są silnie zlokalizowane. Pozostały niesparowany elektron każdego atomu węgla pozostaje w orbitalu pz. Pokrywa się z sąsiednim orbitalem pz tworząc wiązanie π. Elektrony π tych sprzężonych orbitali pz nakładają się na siebie, tworząc Rozszerzony układ orbitalny Pz, przez który elektrony mogą się swobodnie poruszać (delokalizacja elektronów π). Jednak polimery nie domieszkowane mają raczej niską przewodność. Tylko wtedy, gdy elektron jest usuwany z pasma walencyjnego przez utlenianie (P-doping) lub jest dodawany do pasma przewodzącego przez redukcję (N-doping) polimer staje się wysoce przewodzący. Cztery główne metody dopingu to
-
Redox P-doping: Niektóre wiązania π są utleniane przez traktowanie polimeru środkiem utleniającym, takim jak jod, chlor, pentafluorek arsenu itp.
-
Redox N-doping2: niektóre wiązania π są redukowane przez traktowanie polimeru środkami redukującymi, takimi jak LIT i Naftalina sodowa.
-
elektrochemiczny doping p I N: Doping uzyskuje się przez redukcję katodową (p) lub utlenianie anodowe (n)
-
domieszkowanie wywołane fotograficznie: polimer jest narażony na promieniowanie o wysokiej energii, które pozwala elektronom przeskoczyć do pasma przewodzącego. W tym przypadku dodatnie i ujemne ładunki są zlokalizowane na kilku wiązaniach.
Doping zwiększa przewodność o wiele rzędów wielkości. Odnotowano wartości tak wysokie, jak 102 – 104 S/m. Inną metodą zwiększenia przewodności jest mechaniczne wyrównanie łańcuchów polimerowych. W przypadku poliacetylenu stwierdzono przewodność aż 105 S/M, która jest wciąż o kilka magnitud niższa niż przewodność srebra i miedzi (108 S / M), ale więcej niż wystarczająca do zastosowań elektronicznych, takich jak tranzystory na bazie polimerów, diody elektroluminescencyjne i lasery.
w poniższej tabeli wymieniono typowe przewodności niektórych powszechnie sprzężonych polimerów i ich powtórzeń. Rzeczywista przewodność zależy nie tylko od struktury i morfologii polimeru, ale także od rodzaju domieszki i jej stężenia.
| związek | Jednostka powtarzająca | przewodność (S cm-1) |
| trans-Poliacetylen |  |
103 – 105 |
| Politiofen |  |
103 |
| Polipirol |  |
102 – 7.5 · 103 |
| Poli(n-фенилен) |  |
102 – 103 |
| Полианилин |  |
2 · 102 |
| Poli(n-фениленвинилен) |  |
2 · 104 |
