Polimer Konduktif dan Elektroaktif

Polimer konduktif dan elektroaktif membawa muatan listrik atau merespons secara elektrik karena adanya tulang punggung terkonjugasi yang, ketika didoping, menjadi semikonduktor atau mendekati logam, mengubah plastik menjadi bahan elektronik aktif.

Definition

Polimer konduktif dan elektroaktif adalah makromolekul organik yang tulang punggung terkonjugasinya, setelah didoping, menghantarkan muatan listrik atau mengalami perubahan redoks dan optik yang reversibel, memberikan mereka perilaku kelistrikan dari semikonduktor hingga metalik.

Scope

Topik ini mencakup polimer konduktif intrinsik seperti poliasetilena, polipirol, politiofena, polianilina, dan PEDOT: peran konjugasi tulang punggung, mekanisme dan kimia doping, pembawa muatan termasuk polaron dan bipolaron, serta perilaku elektronik, optik, dan elektrokimia yang dihasilkan yang dimanfaatkan dalam perangkat.

Core questions

• Mengapa konjugasi tulang punggung memungkinkan muatan bergerak di sepanjang rantai polimer?
• Bagaimana doping mengubah polimer terkonjugasi isolator menjadi konduktor?
• Apa itu polaron dan bipolaron dan bagaimana mereka membawa muatan?
• Bagaimana polimer ini digunakan dalam perangkat elektronik dan elektrokimia?

Key theories

Konjugasi dan pembentukan pita

Ikatan tunggal dan ganda yang bergantian di sepanjang tulang punggung mendelokalisasi elektron pi ke dalam keadaan teregang yang menyerupai pita valensi dan konduksi, menyediakan struktur elektronik yang, setelah pembawa muatan ditambahkan, mendukung konduksi.

Doping dan pembawa muatan

Doping oksidatif atau reduktif menghilangkan atau menambahkan elektron, menciptakan cacat bermuatan dan bergerak (polaron dan bipolaron) pada rantai dan meningkatkan konduktivitas berkali-kali lipat, sebuah proses yang seringkali reversibel secara elektrokimia.

Mechanisms

Dalam polimer terkonjugasi, tumpang tindih orbital p di sepanjang tulang punggung mendelokalisasi elektron, tetapi rantai netral memiliki pita terisi dan berperilaku sebagai isolator atau semikonduktor. Doping melalui oksidasi atau reduksi kimia, atau melalui pengisian elektrokimia, memperkenalkan pembawa muatan dalam bentuk polaron dan bipolaron—distorsi bermuatan terlokalisasi yang bergerak di sepanjang dan di antara rantai. Konduktivitas, absorpsi optik, dan warna material berubah secara reversibel dengan tingkat doping, yang merupakan dasar perilaku elektroaktif. Transportasi muatan secara keseluruhan dibatasi oleh lompatan antar rantai, sehingga morfologi dan keteraturan sangat memengaruhi kinerja.

Clinical relevance

Polimer konduktif dan elektroaktif memungkinkan perangkat elektronik dan energi organik: film berbasis PEDOT berfungsi sebagai elektroda transparan dan lapisan antistatis, polimer terkonjugasi bertindak sebagai lapisan aktif dalam dioda pemancar cahaya organik, transistor, dan sel surya, dan polimer redoks-aktif digunakan dalam sensor, jendela elektrokromik, superkapasitor, dan elektroda baterai.

History

Heeger, MacDiarmid, dan Shirakawa menemukan pada tahun 1977 bahwa doping poliasetilena meningkatkan konduktivitasnya berkali-kali lipat, menjadikan polimer terkonjugasi sebagai bahan elektronik dan mendapatkan Hadiah Nobel Kimia tahun 2000; dekade-dekade berikutnya menghasilkan konduktor yang dapat diproses dan stabil seperti polianilina dan PEDOT yang memindahkan bidang ini ke perangkat komersial.

Key figures

• Alan Heeger
• Alan MacDiarmid
• Hideki Shirakawa

Seminal works

• heeger2001
• young2011

Frequently asked questions

Apakah polimer konduktif bersifat konduktif dengan sendirinya?

Dalam keadaan netralnya, sebagian besar polimer terkonjugasi adalah semikonduktor atau isolator. Mereka menjadi sangat konduktif hanya setelah doping, yang menambah atau menghilangkan elektron untuk menciptakan pembawa muatan bergerak di sepanjang tulang punggung.

Di mana polimer konduktif digunakan?

Mereka muncul dalam dioda pemancar cahaya organik, sel surya, dan transistor, sebagai lapisan elektroda transparan dan antistatis, serta dalam sensor, tampilan elektrokromik, dan elektroda penyimpanan energi, di mana perilaku elektronik mereka yang dapat disesuaikan dan diproses sangat berharga.