پلیمرهای رسانا و الکترواکتیو
پلیمرهای رسانا و الکترواکتیو بار الکتریکی را حمل میکنند یا به دلیل داشتن یک ستون فقرات مزدوج که در صورت آلایش، به یک نیمهرسانا یا شبهفلز تبدیل میشود، به صورت الکتریکی واکنش نشان میدهند و پلاستیکها را به مواد الکترونیکی فعال تبدیل میکنند.
Definition
پلیمرهای رسانا و الکترواکتیو ماکرومولکولهای آلی هستند که ستون فقرات مزدوج آنها، پس از آلایش، بار الکتریکی را هدایت میکند یا دچار تغییرات ردوکس و نوری برگشتپذیر میشود و به آنها رفتار الکتریکی از نیمهرسانا تا فلزی میدهد.
Scope
این موضوع پلیمرهای رسانای ذاتی مانند پلیاستیلن، پلیپیرول، پلیتیوفن، پلیآنیلین و PEDOT را پوشش میدهد: نقش مزدوج بودن ستون فقرات، مکانیسم و شیمی آلایش، حاملهای بار از جمله پولارونها و بایپولارونها، و رفتار الکترونیکی، نوری و الکتروشیمیایی حاصل که در دستگاهها مورد بهرهبرداری قرار میگیرد.
Core questions
- چرا مزدوج بودن ستون فقرات به بار اجازه میدهد تا در طول یک زنجیره پلیمری حرکت کند؟
- چگونه آلایش یک پلیمر مزدوج عایق را به یک رسانا تبدیل میکند؟
- پولارونها و بایپولارونها چه هستند و چگونه بار را حمل میکنند؟
- این پلیمرها چگونه در دستگاههای الکترونیکی و الکتروشیمیایی استفاده میشوند؟
Key theories
- مزدوج بودن و تشکیل باند
- پیوندهای یگانه و دوگانه متناوب در طول ستون فقرات، الکترونهای پی (π) را به حالتهای گستردهای شبیه باندهای ظرفیت و هدایت غیرمتمرکز میکنند و ساختار الکترونیکی را فراهم میآورند که پس از افزودن حاملهای بار، از رسانایی پشتیبانی میکند.
- آلایش و حاملهای بار
- آلایش اکسیداتیو یا کاهشی، الکترونها را حذف یا اضافه میکند و نقصهای باردار و متحرک (پولارونها و بایپولارونها) را روی زنجیره ایجاد میکند و رسانایی را چندین مرتبه افزایش میدهد، فرآیندی که اغلب به صورت الکتروشیمیایی برگشتپذیر است.
Mechanisms
در یک پلیمر مزدوج، همپوشانی اوربیتالهای p در طول ستون فقرات، الکترونها را غیرمتمرکز میکند، اما زنجیره خنثی دارای یک باند پر است و به عنوان یک عایق یا نیمهرسانا عمل میکند. آلایش از طریق اکسیداسیون یا کاهش شیمیایی، یا از طریق شارژ الکتروشیمیایی، حاملهای بار را به شکل پولارونها و بایپولارونها معرفی میکند—اعوجاجهای باردار موضعی که در طول و بین زنجیرهها حرکت میکنند. رسانایی، جذب نوری و رنگ ماده به طور برگشتپذیر با سطح آلایش تغییر میکند که اساس رفتار الکترواکتیو است. انتقال بار به طور کلی با پرش بین زنجیرهها محدود میشود، بنابراین مورفولوژی و نظم به شدت بر عملکرد تأثیر میگذارند.
Clinical relevance
پلیمرهای رسانا و الکترواکتیو الکترونیک آلی و دستگاههای انرژی را ممکن میسازند: فیلمهای مبتنی بر PEDOT به عنوان الکترودهای شفاف و پوششهای ضد الکتریسیته ساکن عمل میکنند، پلیمرهای مزدوج به عنوان لایه فعال در دیودهای ساطعکننده نور آلی، ترانزیستورها و سلولهای خورشیدی عمل میکنند، و پلیمرهای فعال ردوکس در حسگرها، پنجرههای الکتروکرومیک، ابرخازنها و الکترودهای باتری استفاده میشوند.
History
هیگر، مکدیارمید و شیراکاوا در سال 1977 کشف کردند که آلایش پلیاستیلن رسانایی آن را چندین مرتبه افزایش میدهد و پلیمرهای مزدوج را به عنوان مواد الکترونیکی تثبیت کرد و جایزه نوبل شیمی سال 2000 را به ارمغان آورد؛ دهههای بعدی رساناهای پایدار و قابل پردازش مانند پلیآنیلین و PEDOT را تولید کردند که این حوزه را به سمت دستگاههای تجاری سوق داد.
Key figures
- Alan Heeger
- Alan MacDiarmid
- Hideki Shirakawa
Related topics
Seminal works
- heeger2001
- young2011
Frequently asked questions
- آیا پلیمرهای رسانا به خودی خود رسانا هستند؟
- در حالت خنثی، بیشتر پلیمرهای مزدوج نیمهرسانا یا عایق هستند. آنها تنها پس از آلایش، که الکترونها را برای ایجاد حاملهای بار متحرک در طول ستون فقرات اضافه یا حذف میکند، بسیار رسانا میشوند.
- پلیمرهای رسانا کجا استفاده میشوند؟
- آنها در دیودهای ساطعکننده نور آلی، سلولهای خورشیدی و ترانزیستورها، به عنوان پوششهای الکترودی شفاف و ضد الکتریسیته ساکن، و در حسگرها، نمایشگرهای الکتروکرومیک و الکترودهای ذخیرهسازی انرژی ظاهر میشوند، جایی که رفتار الکترونیکی قابل تنظیم و قابل پردازش آنها ارزشمند است.