導(dǎo)電高分子材料

1、導(dǎo)電高分子材料第1頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主美國(guó)物理學(xué)家Heeger 美國(guó)化學(xué)家MacDiarmid 日本化學(xué)家Shirakawa 第2頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三世界上第一種導(dǎo)電聚合物：摻雜聚乙炔1977年，美國(guó)化學(xué)家MacDiarmid，物理學(xué)家Heeger和日本化學(xué)家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的特性 。并因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。使用ZigglerNatta催化劑AlEt3/Ti(OBu)4,Ti的濃度為3mmol/L，Al/Ti約為3-4。催化劑溶于甲苯中，冷卻到-78度,通

2、入乙炔，可在溶液表面生成順式的聚乙炔薄膜。摻雜后電導(dǎo)率達(dá)到105S/cm量級(jí) 。第3頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)特征電子導(dǎo)電型聚合物的共同結(jié)構(gòu)特征是分子內(nèi)有大的線性共軛n電子體系，給載流子-自由電子提供離域遷移的條件。離子導(dǎo)電型聚合物的分子有親水性柔性好，在一定溫度條件下有類似液體的性質(zhì)。允許相對(duì)體積較大的正負(fù)離子在電場(chǎng)作用下在聚合物中遷移。氧化還原型導(dǎo)電聚合物必須在聚合物骨架上帶有可進(jìn)行可逆氧化還原反應(yīng)的活性中心。第4頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三導(dǎo)電聚合物是由具有共軛鍵的聚合物經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)的摻雜而形成的導(dǎo)電聚合物除了具

3、有高分子聚合物的一般的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外還含有一價(jià)的對(duì)陰離子（P型摻雜）或?qū)﹃?yáng)離子（N型摻雜）導(dǎo)電聚合物最引人注目的一個(gè)特點(diǎn)是其電導(dǎo)率可以在絕緣體半導(dǎo)體金屬態(tài)（10-9到105s/cm）較寬的范圍里變化。這是目前其他材料所無(wú)法比擬的第5頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三目前已知的電子導(dǎo)電聚合物，除了早期發(fā)現(xiàn)的聚乙炔外，大多為芳香單環(huán)、多環(huán)、以及雜環(huán)的共聚或均聚物。第6頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三第7頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三 聚合物只能稱為半導(dǎo)體材料。其原因在于純凈的，或未予“摻雜”的上述聚合物分子中各鍵分子軌道之間還存在

4、著一定的能級(jí)差。而在電場(chǎng)力作用下，電子在聚合物內(nèi)部遷移必須跨越這一能級(jí)差，這一能級(jí)差的存在造成價(jià)電子還不能在共軛聚合中完全自由跨鍵移動(dòng)。第8頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三摻雜是一個(gè)氧化還原反應(yīng)p型摻雜，以摻碘為例對(duì)于n型摻雜、以萘基金屬摻雜為例：第9頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三第10頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三什么是導(dǎo)電高分子的摻雜呢？純凈的導(dǎo)電聚合物本身并不導(dǎo)電，必須經(jīng)過(guò)摻雜才具備導(dǎo)電性 摻雜是將部分電子從聚合物分子鏈中遷移出來(lái)從而使得電導(dǎo)率由絕緣體級(jí)別躍遷至導(dǎo)體級(jí)別的一種處理過(guò)程導(dǎo)電聚合物的摻雜與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的

5、摻雜完全不同第11頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三導(dǎo)電高分子的摻雜與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的摻雜的對(duì)比無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中的摻雜導(dǎo)電高分子中的摻雜本質(zhì)是原子的替代 是一種氧化還原過(guò)程摻雜量極低（萬(wàn)分之幾） 摻雜量一般在百分之幾到百分之幾十之間 摻雜劑在半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電 只起到對(duì)離子的作用，不參與導(dǎo)電 沒(méi)有脫摻雜過(guò)程 摻雜過(guò)程是完全可逆的 第12頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)29分，星期三聚合絡(luò)合物理論（無(wú)序亞晶格離子傳輸機(jī)理）1966年：PPO(聚環(huán)氧丙烷)可以溶解高氯酸鋰鹽類，溶解鹽后聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有近70的變化，機(jī)械性能也發(fā)生異常變化。而最大的變化在于鹽的溶解使聚合物的體積發(fā)生明顯收縮，這說(shuō)明在聚合物中溶解的鹽與聚合物分子中的醚氧原子有較強(qiáng)的相互作用。這種現(xiàn)象被解釋為溶解的鹽(其實(shí)是鹽解離后形成的離子與聚合物醚氧原子形成了配位絡(luò)合物。（四氫呋喃），良好的溶解性并不是因?yàn)楦叩慕殡姵?shù)，而且醚氧原子與陽(yáng)離子