Polymer egenskaper databas

ledande polymerer

de flesta organiska polymerer är isolatorer av naturen. Emellertid finns några inneboende ledande polymerer (ICP) som har alternerande enkel-och dubbelbindningar längs polymerryggraden (konjugerade bindningar) eller som består av aromatiska ringar såsom fenylen, naftalen, antracen, pyrrol och tiofen som är anslutna till varandra genom kol-kol-enkelbindningar.

den första polymeren med signifikant ledningsförmåga syntetiserad var polyacetylen (polyetyn). Dess elektriska ledningsförmåga upptäcktes av Hideki Shirakawa, Alan Heeger och Alan MacDiarmid som fick Nobelpriset i kemi 2000 för denna upptäckt. De syntetiserade denna polymer för första gången år 1974 när de framställde polyacetylen som en silverfilm från acetylen med hjälp av en Ziegler-Natta-katalysator. Trots sitt metalliska utseende gav det första försöket inte en mycket ledande polymer. Men tre år senare upptäckte de att oxidation med halogenånga ger en mycket mer ledande polyacetylenfilm.1 dess konduktivitet var signifikant högre än någon annan tidigare känd ledande polymer. Denna upptäckt startade utvecklingen av många andra ledande organiska polymerer.

konduktiviteten hos icke-dopade, konjugerade polymerer såsom polyacetylen beror på förekomsten av ett ledande band som liknar en metall. I en konjugerad polymer bildar tre av de fyra valenselektronerna starka 2-bindningar genom sp2-hybridisering där elktroner är starkt lokaliserade. Den återstående oparade elektronen för varje kolatom förblir i en PZ-orbital. Det överlappar med en angränsande PZ-orbital för att bilda en excepilibindning. De här konjugerade PZ-orbitalernas elektroner överlappar varandra för att bilda ett utökat PZ-orbitalsystem genom vilket elektroner kan röra sig fritt (delokalisering av hCG-elektroner). Icke-dopade polymerer har emellertid en ganska låg ledningsförmåga. Först när en elektron avlägsnas från valensbandet genom oxidation (p-dopning) eller tillsätts till det ledande bandet genom reduktion (n-dopning) blir polymeren mycket Ledande. De fyra huvudsakliga metoderna för dopning är

• Redox p-doping: Några av de oc-bindningar oxideras genom att behandla polymeren med ett oxidationsmedel, såsom jod, klor, arsenik pentafluorid etc.

• Redox n-dopning2: en del av de-bindningar av den här typen reduceras genom att behandla polymeren med ett reduktionsmedel såsom litium, och natriumnaftalin.

• elektrokemisk p-och n-dopning: dopning uppnås genom katodisk reduktion (p) eller genom anodisk oxidation (n)

• Fotoinducerad dopning: polymeren utsätts för hög energistrålning som gör att elektroner kan hoppa till ledningsbandet. I detta fall är de positiva och negativa laddningarna lokaliserade över några obligationer.

dopning ökar konduktiviteten med många storleksordningar. Värden så höga som 102 – 104 S/m har rapporterats. En annan metod för att öka konduktiviteten är mekanisk inriktning av polymerkedjorna. När det gäller polyacetylen har konduktiviteter så höga som 105 S/m hittats som fortfarande är flera storheter lägre än ledningsförmågan hos silver och koppar (108 S/m) men mer än tillräckliga för elektroniska applikationer såsom polymerbaserade transistorer, ljusemitterande dioder och lasrar.

tabellen nedan visar typiska konduktiviteter för vissa vanliga konjugerade polymerer och deras upprepningsenheter. Den faktiska ledningsförmågan beror inte bara på polymerens struktur och morfologi utan också på typen av dopmedel och dess koncentration.

elektrisk ledningsförmåga hos vissa ledande polymerer

förening	upprepande enhet	konduktivitet (s cm-1)
trans-polyacetylen		103 – 105
Polytiofen		103
Polypyrrol		102 – 7.5 · 103
Poly (p-fenylen)		102 – 103
Polyanilin		2 · 102
Poly (p-fenylenvinylen)		2 · 104