Polimeri conductivi
Această intrare sau secțiune despre polimeri nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Polimerii conductori sunt materiale plastice capabile să conducă curent electric . [1]
Polimerii obișnuiți sunt izolatori și sunt utilizați ca atare. Pentru a le face conductive, compozitele se formează încărcate cu pulberi metalice electroconductive ( cupru , argint sau aur ) sau grafit , dacă doriți să conțineți costul, dopanții definiți, procentul lor poate ajunge chiar la 50% din masa totală; mult mai mult decât semiconductorii anorganici unde dopajul atinge maximum 5%. Se numesc polimeri extrinsec conductivi ( ECP ).
S- au dezvoltat polimeri intrinsec conductivi ( ICP ) constând din molecule cu legături conjugate care, datorită structurii lor, pot fi clasificate ca semiconductori. Modelul de bandă poate fi aplicat și acestora. Acestea se caracterizează printr-un schelet format din legături σ și un sistem de orbitali p ortogonali, care dau naștere la legături π conjugate de-a lungul întregului lanț. Pe măsură ce crește numărul de legături duble conjugate, adică, pe măsură ce crește lungimea conjugării, de exemplu, între banda de valență, formată din orbitalii de legătură π, și banda de conducere, formată din orbitații π * ai legăturii antiblocare, scade. Saltul energetic tinde asimptotic la o limită de ordinul 1,5-1,3 eV . Pentru această valoare, la temperatura camerei , nu există excitație spontană în banda de conducere.
Pentru a avea conductivitate este necesar să „ dopăm ” polimerul adăugându-l cu substanțe acceptante de electroni care măresc numărul de găuri electronice. Acest dopaj se efectuează în timpul polimerizării oxidative: electronii sunt eliberați de polimer și acest lucru determină stabilirea de sarcini pozitive de-a lungul lanțului polimeric. Se presupune că speciile încărcate sunt polaroni (sarcină + e, rotire ½) și bipolaroni (sarcină + 2e, rotire 0) delocalizați pe porțiuni ale unor unități monometrice. Mobilitatea acestor sarcini de-a lungul lanțului, datorită structurii conjugate a polimerilor, este responsabilă de conductivitatea electrică ridicată. Aceste sarcini sunt neutralizate prin introducerea contra-ionilor încărcați negativ în structura polimerică. Contraionii joacă un rol foarte important în formarea unui polimer activ electric, deoarece stabilizează sarcinile pozitive (din acest motiv, contraionii sunt numiți și agenți dopanți).
Acestea pot fi introduse prin adăugarea de iod , clorură de aluminiu , clorură ferică (dopaj "p") sau prin adăugarea polimerului cu specii donatoare de electroni, care măresc numărul de vectori negativi, cum ar fi metalele alcaline în faza gazoasă sau amoniacul lichid (doping "n"). În ambele cazuri, se generează sisteme bipolare, respectiv dicationice P + X- și dianionice P-X +, cu delocalizare electronică ridicată și structură parțială chinoidă. Formarea acestor specii determină apariția nivelurilor de energie care se află între valența și benzile de conducere. Aceste niveluri, care joacă un rol similar nivelurilor Fermi din metale, sunt responsabile pentru conductivitatea polimerilor conjugați. Un exemplu tipic este poliacetilena , primul polimer conductor; nu este folosit industrial deoarece, datorită reactivității sale ridicate, reacționează cu oxigenul și umiditatea atmosferică. Structura polienică tipică a poliacetilenei (PA) se găsește și în alte sisteme, cum ar fi poliparafenilena (PPP), pol naftalendiimidă-bitiofen (P (NDI2OD-T2)), poliparafenilen sulfură (PPS), poliparafenilen vinil (PPV), polianilină (PANI) ), polipirol (PPy), politiofen (PT), poliizotianafen (PITN) și polietilen dioxitiofen (PEDOT).
Deoarece există o rotație liberă în jurul C legăturile C ale scheletului polimeric, acești polimeri se poate presupune orice conformație , chiar dacă cel plan este favorit , deoarece permite cea mai bună suprapunere a p orbitalilor ale inelelor unice, oferind cea mai mare extindere de conjugare. Acești polimeri sunt toți semiconductori, dar pot fi transformați în conductori prin dopaj.
În ultimii ani au găsit multe aplicații în special în domeniul electronicii, atât de mult încât Academia Suedeză de Științe și-a recunoscut importanța prin atribuirea Premiului Nobel pentru chimie din 2000 lui Alan J. Heeger , Alan G. MacDiarmid și Hideki Shirakawa .
Notă
Elemente conexe
| Controlul autorității | NDL ( EN , JA ) 01173316 |
|---|
