Konduktiva polimero: Malsamoj inter versioj
Adaptita el la angla artikolo Etikedo: Disambiguation links |
(Neniu diferenco)
|
Kiel registrite je 02:40, 2 sep. 2021
Konduktiva polimero, aŭ pli precize, esence konduktiva polimero (IKP) estas organika polimero kiu konduktas elektron.[1][2] Tia kombinaĵo eble havas metalan konduktivon aŭ povas esti duonkonduktanto. La plej grava avantaĝo de konduktiva polimero estas procedeblo, ĉefe per disperso. Konduktiva polimero ĝenerale ne estas termoplasto, t.e. ĝi ne estas termoformebla. Sed, kiel izolivaj polimeroj, ĝi estas organika materialo. Ili povas havi altan elektran konduktivon, sed ne havas similajn propraĵojn al aliaj komerce disponeblaj polimeroj. La elektraj propraĵoj estas adapteblaj per la metodoj de organika sintezo[3] kaj per specialaj dispersaj teknikoj.[4]
Historio
Polianilinon unue priskribis en la meza 19-a jarcento Henry Letheby, kiu esploris la elektrokemiajn kaj kemiajn oksidigajn produktojn de anilino en acidaj medioj. Li rimarkis ke la reduktita formo estis senkolora sed la oksidigitaj formoj estis tre bluaj.[5]
La unuaj alte konduktivaj organikaj kombinaĵoj estis la ŝargo-transiĝaj kompleksoj.[6] En la 1950-aj jaroj, esploristoj raportis ke policiklaj aromataj kombinaĵoj formis duonkonduktivajn ŝargo-transiĝajn kompleksajn salojn kun halogenojn.[3] In 1954, researchers at Bell Labs and elsewhere reported organic charge transfer complexes with resistivities as low as 8 ohms-cm.[7][8] En la fruaj 1970-aj jaroj, esploristoj montris ke saloj de tetratiafulvaleno havas [9] preskaŭ metalecan konduktivon, kaj montris superkonduktivecon en 1980. Ampleksa esplorado daŭras pri ŝargo-transiĝaj kompleksaj saloj. Kvankam tiuj kombinaĵoj striktadire ne estas polimeroj, tio indikis ke organikaj kombinaĵoj povas porti kurenton. Dum oni antaŭe intermite diskutis organikajn konduktantojn, la kampon aparte vigligis la antaŭdiro de superkonduktiveco[10] post la malkovro de la BCS-teorio.
En 1963 aŭstralianoj B.A. Bolto, D.E. Weiss, kaj kunlaborantoj raportis derivaĵojn de polipirolo kun rezistiveco tiel malalta kiel 1 ohm·cm. Referencoj [11] kaj [7] citis plurajn raportojn de similaj alt-konduktivaj oksidigitaj polietinoj. Kun la notinda escepto de ŝargo-transiĝaj kompleksoj (el kiuj, iuj eĉ estas superkonduktiloj), oni antaŭe konsideris organikajn molekulojn izoliloj, aŭ plejbone, malforte konduktivaj duonkonduktantoj. Poste DeSurville kaj kunlaborantoj raportis altan konduktivon ĉe polianilino.[12] Same, en 1980, Diaz kaj Logan raportis ke filmoj de polianilino povas servi kiel elektodoj.[13]
Dum pleje funkciante en la kvantuma skalo, malpli ol 100 nanometroj, "molekulaj" elektronikaj procedoj povas evidentiĝi je makroa skalo. Ekzemploj inkludas Kvantuma tunelado, negativa rezistanco, fonono-asistata saltado kaj polaronoj. En 1977, Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid kaj Hideki Shirakawa raportis similan altan kondutancon ĉe oksidigita jod-traktita polietino.[14] Pro tiu malkovro, oni aljuis al ili la 2000-a Nobel-premion pri Kemio "pro la malkovro kaj evoluigo de konduktivaj polimeroj."[15] Polietino mem ne atingis praktikajn aplikaĵojn, sed allogis la atenton de sciencistoj kaj kuraĝigis la rapidan kreskon de la kampo.[5] Ek de la malfruaj 1980-aj jaroj, organikaj lum-emisiaj diodoj (OLED) iĝis grava aplikaĵo de konduktivaj polimeroj.[16][17]
Tipoj
Linispinaj "polimeraj nigraĵoj" (polietino, polipirolo, poliindolo kaj polianilino) kaj iliaj kunpolimeroj estas la ĉefa klaso de konduktivaj polimeroj. Poli(p-fenilena vinileno) (PPV) kaj ĝiaj solveblaj derivaĵoj iĝis la prototipaj elektrolumineskaj duonkonduktivaj polimeroj. Hodiaŭ (2021), poli(3-alkiltiofenoj) estas la plej tipaj materialoj por sunĉelojl kaj Transistoroj.[3]
La jena tabelo prezentas iujn organikajn konduktivajn polimerojn laŭ ilia konsisto. La bone studitaj klasoj aperas en grasa tiparo kaj la malpli studitaj en kursiva tiparo.
| En la ĉefa ĉeno | Sen heteroatomo | Heteroatomoj ĉeestas | |
|---|---|---|---|
| Nitrogen-enhava | Sulfur-enhava | ||
| Aromata cicloj |
|
N troviĝas en la aromata ciklo:
N troviĝas ekster la aromata ciklo:
|
S troviĝas en la aromata ciklo:
S troviĝas ekster la aromata ciklo:
|
| Duoblaj ligoj |
|
||
| Aromataj cikloj kaj duoblaj ligiloj | |||
Sintezo
Multaj metodoj povas produkti konduktivajn polimerojn. La plej ofta metodo estas oksidiga parigo de monociklaj reakciantoj. Tiaj reakcioj necesigas deshidrogenigon:
- n H–[X]–H → H–[X]n–H + 2(n–1) H+ + 2(n–1) e−
La malalta solvebleco de plejmultaj polimeroj malfaciligas. Iuj esploristoj aldonas solvigajn funkciajn grupojn al iuj aŭ al ĉiuj monomeroj por pliigi solveblecon. Aliaj alfrontas tion per la formiĝo de nanostrukturoj kaj surfaktantstabiligaj konduktivaj polimeraj disperaĵoj en akvo. Tiuj inkludas nanofibrojn kaj PEDOT:PSS. En multaj okazoj, la molekula maso de konduktiva polimero estas malpli alta ol tiu de kutimaj polimeroj, ekzemple polieteno. Tamen, en iuj okazoj, la molekula maso ne devas esti alta por atingi la deziratajn atributojn.
Oni uzas du ĉefajn metodojn por sintezi konduktivajn polimerojn: kemian sintezon kaj elektro(kun)polimerigon. La kemia sintezo necesigas konekti la karbono-karbonajn ligilojn de monomeroj, traktante la simplajn monomerojn sub diversaj kondiĉoj, ekzemple varmigo, premado, submeto al lumo kaj katalizilo. La avantaĝo estas alta livero. Tamen multaj malpuraĵoj eblas en la fina produkto. La elektro(kun)polimerigo necesigas enmeti tri elektrodojn (referenca elektrodo, kontraŭa elektrodo, kaj funkcia elektrodo) en solvaĵon kiu enhavas reakciantojn aŭ monomerojn. Apliki tension al elektrodoj progresigas redoksan reakcion por sintezi polimeron. La elektro(kun)polimerigo estas dividebla en Cikla voltametrio kaj potenciostata metodo, aplikante ciklan tension[18] kaj konstantan tension. La avantaĝo de elektro(kun)polimerigo estas la alta pureco de la produktoj. Sed la metodo povas sintezi malmultajn produktojn samtempe.
Molekula bazo de elektra kondukteco
Referencoj
Eksteraj ligiloj
- Conducting Polymers for Carbon Electronics – a Chem Soc Rev themed issue with a foreword from Alan Heeger angle
- ↑ Inzelt, György. (2008) “Chapter 1: Introduction”, Conducting Polymers: A New Era in Electrochemistry, Monographs in Electrochemistry. Springer, p. 1–6. ISBN 978-3-540-75929-4.
- ↑ Conducting Polymers, Editor: Toribio Fernandez Otero, Royal Society of Chemistry, Cambridge 2016, https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-374-8
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Naarmann, Herbert. (2000) “Polymers, Electrically Conducting”, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a21_429. ISBN 3527306730.
- ↑ Citaĵa eraro Malvalida etikedo
<ref>; neniu teksto estis provizita por ref-oj nomatajnalwa; $2 - ↑ 5,0 5,1 Inzelt, György. (2008) “Chapter 8: Historical Background (Or: There Is Nothing New Under the Sun)”, Conducting Polymers: A New Era in Electrochemistry, Monographs in Electrochemistry. Springer, p. 265–267. ISBN 978-3-540-75929-4.
- ↑ (2003) “An Overview of the First Half-Century of Molecular Electronics”, Annals of the New York Academy of Sciences 1006 (1), p. 1–20. doi:10.1196/annals.1292.016.
- ↑ 7,0 7,1 Okamoto, Yoshikuko and Brenner, Walter (1964) "Polymers", Ch. 7, pp. 125–158 in Organic Semiconductors. Reinhold
- ↑ (1954) “Electrical Conductivity of the Perylene–Bromine Complex”, Nature 173 (4395), p. 168–169. doi:10.1038/173168a0.
- ↑ (1973) “Electron transfer in a new highly conducting donor-acceptor complex”, Journal of the American Chemical Society 95 (3), p. 948–949. doi:10.1021/ja00784a066.
- ↑ (1964) “Possibility of Synthesizing an Organic Superconductor”, Physical Review 134 (6A), p. A1416–A1424. doi:10.1103/PhysRev.134.A1416.
- ↑ (1963) “Electronic Conduction in Polymers. III. Electronic Properties of Polypyrrole”, Australian Journal of Chemistry 16 (6), p. 1090. doi:10.1071/ch9631090.
- ↑ (1968) “Electrochemical chains using protolytic organic semiconductors”, Electrochimica Acta 13 (6), p. 1451–1458. doi:10.1016/0013-4686(68)80071-4.
- ↑ (1980) “Electroactive polyaniline films”, Journal of Electroanalytical Chemistry 111, p. 111–114. doi:10.1016/S0022-0728(80)80081-7.
- ↑ (1977) “Synthesis of electrically conducting organic polymers: Halogen derivatives of polyacetylene, (CH) x”, Journal of the Chemical Society, Chemical Communications (16), p. 578. doi:10.1039/C39770000578.
- ↑ The Nobel Prize in Chemistry 2000. Alirita 2009-06-02.
- ↑ Citaĵa eraro Malvalida etikedo
<ref>; neniu teksto estis provizita por ref-oj nomatajReferenceA; $2 - ↑ (1999) “Electroluminescence in conjugated polymers”, Nature 397 (6715), p. 121–128. doi:10.1038/16393.
- ↑ (2014) “Synthesis and characterization of conducting polymers containing polypeptide and ferrocene side chains as ethanol biosensors”, Polym. Chem. 5 (21), p. 6295–6306. doi:10.1039/c4py00850b.