高分子物理论文(2)

半导体材料(硅、锗或镓等)中加入少量具有不同价态的第二种物质,从而改变半导体材料中空穴和自由电子的分布状况。导电聚合物掺杂导电机制的实质是共轭高分子与掺杂剂之间的电荷转移过程,可以细分为以下两种机制:(1)电荷转移配合物机制。因为共轭高分子中的π电子有较大的离域范围,它既具有较低的电子离解能,可以失去或部分失去电子而被氧化,发生P-型掺杂,同时又具有足够的电子亲和力,可以获得或部分获得电子而被还原,发生n-型掺杂。导电聚合物在掺杂时,高分子主链给出或接受电子,导电聚合物被氧化或还原,掺杂剂离子与高分子主链形成复合物以保持电中性。(2)质子酸机制。高分子主链与掺杂剂之间并无电子的迁移,而是掺杂剂的质子附加于高分子主链的原子上,质子所带电荷在共轭高分子主链上铺展开来,质子进入高分子主链后发生作用,部分削弱了髙分子主链的共轭体系,从而提髙电导率。

合成方法

链增长聚合(Chain-growth polymerisation)

因为属于有机化合物，有很多种合成导电高分子的方法，可分为直接和间接两种。

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间接：先行聚合反应生成非共轭聚合物（非导电高分子），称为前导物质，再行缩合反应或是异构化生成导电聚合物。

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直接：直接聚合又可分为链增长聚合(Chain-growth polymerisation)和逐步生长聚合(Step-growth polymerisation)

链增长聚合是利用不饱和单体分子同时行加成反应结合。方程式：

逐步生长聚合同样从单体分子聚合，但差别在于单体分子会先反应成二聚体、接着三聚体、再来低聚体、最后才反应生成高分子聚合物，并不是一步就合成聚合物。

逐步生长聚合(Step-growth polymerisation)，白色表示单体、黑色表示低聚体或高分子聚合物

用途

和传统无机材料比起来，导电聚合物在制程上较简单，像是可以用旋转涂布或喷墨式，在原料和制程上都较便宜，初始投资(建厂)成本不用像无机材料需要十几亿美金以上，，可制做成薄膜状，目前性质已可追上无定型硅晶材料。导电聚合物常被用于电力装置，例如电池中的电极，电解电容器及电子感应器，在导电聚合物之光子放射研究可能使导电聚合物在未来可用于发光二极管 (LED) 和平面显示器。导电聚合物亦可成为安装在纳米级电子装置内的“分子电线”。 性高导电半导体特性(高载子迁移率) 高光电导性 太阳薄膜晶体管 能电池 可发高对比之光电质 度 冷光 致变色特性 发光二极管 应导体、变色玻璃、挡风玻璃 用 电极

聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）的介绍

据查，本征导电聚合物中聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺被称为三大导电聚合物，其中聚噻吩的前景更显光明。下面具体介绍一种聚噻吩高分子PEDOT。

PEDOT是EDOT（3,4-乙撑二氧噻吩单体）的聚合物，分子结构式见下图。PEDOT具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点，被广泛用作有机薄膜太阳能电池材料、OLED材料、电致变色材料、透明电极材料等领域的研究。

德国拜耳公司在1991年首先合成出了聚噻吩的衍生物聚乙撑二氧噻吩, 即PEDOT，它以3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）为单体它具有导电率高、环境稳定性好等特点引起了科学家们的广泛兴趣。最初设计这种结构是为了通过减少聚合物主链上的α-β和β-β链接以获取可溶性的导电聚合物。虽然用化学或者电化学方法得到的是不溶的聚合物，但它显示出另外一些意想不到的性质而引起人们的注意。由于3-和4-位都被侧基所取代，聚合反应只能在2-和5-位上进行，因此所得的聚合物是线性的(非交联的)、很少共轭缺陷的聚合物；而醚取代基又降低了单体和聚合物的氧化电势，使其更容易聚合，并且在氧化还原(掺杂和脱掺杂)的循环过程中更稳定。

与其他导电聚合物相比，PEDOT还有以下这些优点： (1) 导电率高

用旋涂或者浇铸成膜得到的PEDOT其电导率能达到550S/cm，用气相聚合法得到的聚合物更是达到1000S/cm以上；

(2) 氧化状态下具有很高的稳定性

在120℃下保持1000h，其电导率基本不变； (3) 氧化状态下是透明的

这是它在电子器件方面得到广泛应用的一个重要因素。 聚(3,4-乙撑二氧噻吩)的合成方法主要有化学氧化法和电化学氧化法,此外还有酶催化氧化聚合法和偶联聚合法等,其中化学氧化聚合法因合成工艺简便,可大规模生产而深受欢迎。

一、化学氧化聚合法

化学氧化聚合可以用多种方法和氧化剂进行。最典型的方法是用FeCl3或者对甲苯横酸铁Fe(0Ts)3为氧化剂进行聚合,这种方法生成一种黑色的不溶不熔的聚合物PEDOT,难以进行表征。

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