导电聚合物导电机理及掺杂简介

导电高分子导电机理及掺杂简介

导电高分子（导电聚合物）是由具有共轭π键的长链高分子经过化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。

一、导电机理

对于导电高分子的导电机理有多种解释方法，常见的能带理论及孤子理论，二者是相互联系的：

1、能带理论

导电高分子的导电机理是在聚合物空轨道中加入电子（n掺杂）或从满轨道中拉出电子（p掺杂），改变了π电子能带的能级：出现了能量居中的半能带，减少了能带间的能量差。使自由电子和空穴可以在高分子长链中发生运动，从而达到导电效果，如图1所示：

图1 导电高分子掺杂能带变化

2、孤子理论

孤子理论是关于导电高分子导电机理的另一种解释：在对高分子掺杂的基础上，由于掺杂使得导电高分子长链结构中存在单个不能配对成键的p离子（一种类似自由基的电子，又称为偶极子或孤子），p离子的存在与跃迁使其具有了导电性。p离子的p离子的形成是相当于在导带中注入一个电子或从价带中拉出一个电子。

二、掺杂

掺杂方式有物质掺杂（氧化/还原剂掺杂、酸碱掺杂）及非物质掺杂（电化学掺杂、光化学掺杂、电子注入掺杂）等，由掺杂效果又可以分为n掺杂和P掺杂。

1、p掺杂（电子受体掺杂或氧化掺杂）

利用氧化性物质掺入高分子中，从满轨道中夺走电子，使满轨道成为半充满能量的能带，出现空穴导电层。

典型p掺杂剂：

（1）卤素：Cl2，Br2，I2，ICl，ICl3，IBr，IF5

（2）酸：PF5，AsF5，SbF5，BFfm2007妖人5，BCl3，BBr5，SO3

（3）过渡金属卤化物：NbF5，TaF5，MoF5，WF5，RuF5，PtCl4，TiCl4

（4）过渡金属盐：AgClO4，AgBF4，HPtCl6，FeCl3，FeTsOH

（5）有机化合物：TCNE，TCNQ，DDO，四氯苯醌

课题结题报告（6）质子酸：HF，HCl，H2SO4，HNO3，HCLO4 ，

（7）其他：O2亚欧大陆桥，XeOF4，XeF4，NOSbCl6，NOPF6

2、n掺杂（电子受体掺杂或还原掺杂）

利用还原化性物质掺入高分子中，提供电子给空轨道，使空轨道成为半充满能量的能带，出现电子导电层。

典型n掺杂剂：

（1）碱金属：Li，Na，K，Cs，Rb

（2）电化学掺杂：R4N+，R4P+（R=CH3，C6H5等）

图2 掺杂剂的量与电导率关系

导电高分子掺杂的本质为氧化还原过程，掺杂量为百分之几到百分之几十（掺杂剂有一个阈值，见图2所示）；掺杂剂不参与导电，是一个完全可逆过程。

常见的导电高分子有：

中生菌素（1）芳香类，如聚芳香胺、聚苯乙烯等；

（2）苯类，如聚对苯撑等；

（3）非苯类，如聚1, 8-二氨基萘、聚1-氨基蒽等；

林默涵（4）杂环化合物，如聚吡咯类、聚噻吩类、聚吲哚类等。

其中大多数导电高分子都是P掺杂的气浮，如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、热解聚丙烯腈、聚萘等。

而聚噻吩不仅可以P掺杂，也可以进行n掺杂；需要特别注意的是n掺杂的导电高分子电导率一般比p掺杂的低。

本文发布于:2024-09-24 05:29:37，感谢您对本站的认可！

标签：掺杂导电高分子电子能带

留言与评论（共有 0 条评论）