चालक और इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर

चालक और इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर विद्युत आवेश का वहन करते हैं या विद्युत रूप से प्रतिक्रिया करते हैं क्योंकि उनमें एक संयुग्मित रीढ़ होती है, जो डोप किए जाने पर, एक अर्धचालक या लगभग-धातु बन जाती है, जिससे प्लास्टिक सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक सामग्री में बदल जाते हैं।

Definition

चालक और इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर कार्बनिक मैक्रोमोलेक्यूल्स होते हैं जिनकी संयुग्मित रीढ़, डोपिंग के बाद, विद्युत आवेश का संचालन करती है या प्रतिवर्ती रेडॉक्स और ऑप्टिकल परिवर्तनों से गुजरती है, जिससे उन्हें अर्धचालक से धात्विक विद्युत व्यवहार प्राप्त होता है।

Scope

यह विषय आंतरिक रूप से चालक पॉलिमर जैसे पॉलीएसिटिलीन, पॉलीपायरोल, पॉलीथियोफीन, पॉलीएनिलिन और PEDOT को शामिल करता है: रीढ़ के संयुग्मन की भूमिका, डोपिंग की क्रियाविधि और रसायन विज्ञान, पोलारोन और बाइपोलारोन सहित आवेश वाहक, और उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले परिणामी इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल और इलेक्ट्रोकेमिकल व्यवहार।

Core questions

• रीढ़ का संयुग्मन एक पॉलिमर श्रृंखला के साथ आवेश को गति करने की अनुमति क्यों देता है?
• डोपिंग एक इन्सुलेटिंग संयुग्मित पॉलिमर को कंडक्टर में कैसे परिवर्तित करता है?
• पोलारोन और बाइपोलारोन क्या हैं और वे आवेश का वहन कैसे करते हैं?
• इन पॉलिमर का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरणों में कैसे किया जाता है?

Key theories

संयुग्मन और बैंड निर्माण

रीढ़ के साथ एकांतर एकल और दोहरे बंध pi इलेक्ट्रॉनों को विस्तारित अवस्थाओं में विस्थानीकृत करते हैं जो संयोजकता और चालन बैंड के समान होते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक संरचना प्रदान करते हैं जो, एक बार आवेश वाहक जोड़े जाने पर, चालन का समर्थन करती है।

डोपिंग और आवेश वाहक

ऑक्सीडेटिव या रिडक्टिव डोपिंग इलेक्ट्रॉनों को हटाता या जोड़ता है, जिससे श्रृंखला पर आवेशित, गतिशील दोष (पोलारोन और बाइपोलारोन) बनते हैं और चालकता कई गुना बढ़ जाती है, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो अक्सर इलेक्ट्रोकेमिकली प्रतिवर्ती होती है।

Mechanisms

एक संयुग्मित पॉलिमर में, रीढ़ के साथ p ऑर्बिटल्स का अतिव्यापीकरण इलेक्ट्रॉनों को विस्थानीकृत करता है, लेकिन तटस्थ श्रृंखला में एक भरा हुआ बैंड होता है और यह एक इन्सुलेटर या अर्धचालक के रूप में व्यवहार करता है। रासायनिक ऑक्सीकरण या अपचयन द्वारा, या इलेक्ट्रोकेमिकल चार्जिंग द्वारा डोपिंग, पोलारोन और बाइपोलारोन के रूप में आवेश वाहक को प्रस्तुत करता है—स्थानीयकृत आवेशित विकृतियाँ जो श्रृंखलाओं के साथ और उनके बीच चलती हैं। सामग्री की चालकता, ऑप्टिकल अवशोषण और रंग डोपिंग स्तर के साथ प्रतिवर्ती रूप से बदलते हैं, जो इलेक्ट्रोएक्टिव व्यवहार का आधार है। कुल मिलाकर आवेश परिवहन श्रृंखलाओं के बीच हॉपिंग द्वारा सीमित होता है, इसलिए आकृति विज्ञान और क्रम प्रदर्शन को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं।

Clinical relevance

चालक और इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और ऊर्जा उपकरणों को सक्षम करते हैं: PEDOT-आधारित फिल्में पारदर्शी इलेक्ट्रोड और एंटीस्टैटिक कोटिंग्स के रूप में काम करती हैं, संयुग्मित पॉलिमर कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, ट्रांजिस्टर और सौर कोशिकाओं में सक्रिय परत के रूप में कार्य करते हैं, और रेडॉक्स-सक्रिय पॉलिमर का उपयोग सेंसर, इलेक्ट्रोक्रोमिक खिड़कियों, सुपरकैपेसिटर और बैटरी इलेक्ट्रोड में किया जाता है।

History

हीगर, मैकडायरमिड और शिराकावा ने 1977 में पाया कि पॉलीएसिटिलीन को डोप करने से इसकी चालकता कई गुना बढ़ गई, जिससे संयुग्मित पॉलिमर इलेक्ट्रॉनिक सामग्री के रूप में स्थापित हुए और उन्हें रसायन विज्ञान में 2000 का नोबेल पुरस्कार मिला; बाद के दशकों में पॉलीएनिलिन और PEDOT जैसे संसाधित करने योग्य, स्थिर कंडक्टरों का उत्पादन हुआ, जिन्होंने इस क्षेत्र को वाणिज्यिक उपकरणों में आगे बढ़ाया।

Key figures

• Alan Heeger
• Alan MacDiarmid
• Hideki Shirakawa

Seminal works

• heeger2001
• young2011

Frequently asked questions

क्या चालक पॉलिमर अपने आप में चालक होते हैं?

अपनी तटस्थ अवस्था में अधिकांश संयुग्मित पॉलिमर अर्धचालक या इन्सुलेटर होते हैं। वे केवल डोपिंग के बाद अत्यधिक चालक बनते हैं, जो रीढ़ के साथ मोबाइल आवेश वाहक बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को जोड़ता या हटाता है।

चालक पॉलिमर का उपयोग कहाँ किया जाता है?

वे कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, सौर कोशिकाओं और ट्रांजिस्टर में, पारदर्शी और एंटीस्टैटिक इलेक्ट्रोड कोटिंग्स के रूप में, और सेंसर, इलेक्ट्रोक्रोमिक डिस्प्ले और ऊर्जा-भंडारण इलेक्ट्रोड में दिखाई देते हैं, जहाँ उनका ट्यूनेबल, संसाधित करने योग्य इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार मूल्यवान होता है।