İletken ve Elektroaktif Polimerler
İletken ve elektroaktif polimerler, katkılandıklarında yarı iletken veya neredeyse metal haline gelen, böylece plastikleri aktif elektronik malzemelere dönüştüren konjuge bir omurga sayesinde elektrik yükü taşır veya elektriksel olarak tepki verir.
Tanım
İletken ve elektroaktif polimerler, konjuge omurgaları katkılandıktan sonra elektrik yükü ileten veya tersinir redoks ve optik değişikliklere uğrayan, onlara yarı iletken ila metalik elektriksel davranış kazandıran organik makromoleküllerdir.
Kapsam
Bu konu, poliasetilen, polipirol, politiyofen, polianilin ve PEDOT gibi içsel olarak iletken polimerleri kapsamaktadır: omurga konjugasyonunun rolü, katkılama mekanizması ve kimyası, polaronlar ve bipolaronlar dahil olmak üzere yük taşıyıcıları ve cihazlarda kullanılan ortaya çıkan elektronik, optik ve elektrokimyasal davranışlar incelenmektedir.
Temel sorular
- Omurga konjugasyonu neden bir polimer zinciri boyunca yükün hareket etmesine izin verir?
- Katkılama, yalıtkan bir konjuge polimeri nasıl iletkene dönüştürür?
- Polaronlar ve bipolaronlar nelerdir ve yükü nasıl taşırlar?
- Bu polimerler elektronik ve elektrokimyasal cihazlarda nasıl kullanılmaktadır?
Temel kuramlar
- Konjugasyon ve bant oluşumu
- Omurga boyunca değişen tekli ve çiftli bağlar, pi elektronlarını değerlik ve iletim bantlarına benzeyen genişletilmiş durumlara delokalize ederek, yük taşıyıcıları eklendiğinde iletkenliği destekleyen elektronik yapıyı sağlamaktadır.
- Katkılama ve yük taşıyıcıları
- Oksidatif veya indirgeyici katkılama, elektronları uzaklaştırır veya ekler, zincir üzerinde yüklü, hareketli kusurlar (polaronlar ve bipolaronlar) oluşturur ve iletkenliği birçok mertebe artırır; bu süreç genellikle elektrokimyasal olarak tersinirdir.
Mekanizmalar
Konjuge bir polimerde, omurga boyunca p orbitallerinin örtüşmesi elektronları delokalize eder, ancak nötr zincir dolu bir banda sahiptir ve bir yalıtkan veya yarı iletken gibi davranır. Kimyasal oksidasyon veya indirgeme ile ya da elektrokimyasal yükleme ile yapılan katkılama, polaronlar ve bipolaronlar şeklinde yük taşıyıcıları—zincirler boyunca ve zincirler arasında hareket eden lokalize yüklü bozulmalar—oluşturur. Malzemenin iletkenliği, optik soğurması ve rengi, katkılama seviyesiyle tersinir olarak değişir; bu, elektroaktif davranışın temelini oluşturur. Genel olarak yük taşınımı, zincirler arası atlama ile sınırlıdır, bu nedenle morfoloji ve düzen, performansı güçlü bir şekilde etkilemektedir.
Klinik önem
İletken ve elektroaktif polimerler, organik elektronik ve enerji cihazlarını mümkün kılmaktadır: PEDOT bazlı filmler şeffaf elektrotlar ve antistatik kaplamalar olarak hizmet ederken, konjuge polimerler organik ışık yayan diyotlarda, transistörlerde ve güneş pillerinde aktif katman olarak işlev görmektedir; redoks-aktif polimerler ise sensörlerde, elektrokromik pencerelerde, süperkapasitörlerde ve batarya elektrotlarında kullanılmaktadır.
Tarihçe
Heeger, MacDiarmid ve Shirakawa, 1977'de poliasetilenin katkılanmasının iletkenliğini birçok mertebe artırdığını keşfederek konjuge polimerleri elektronik malzemeler olarak kabul ettirmiş ve bu başarıyla 2000 Nobel Kimya Ödülü'nü kazanmışlardır; sonraki on yıllar, alanı ticari cihazlara taşıyan polianilin ve PEDOT gibi işlenebilir, kararlı iletkenleri ortaya çıkarmıştır.
Öne çıkan isimler
- Alan Heeger
- Alan MacDiarmid
- Hideki Shirakawa
İlgili konular
Temel eserler
- heeger2001
- young2011
Sıkça sorulan sorular
- İletken polimerler kendi başlarına iletken midir?
- Nötr hallerinde çoğu konjuge polimer yarı iletken veya yalıtkandır. Yalnızca katkılandıktan sonra, omurga boyunca hareketli yük taşıyıcıları oluşturmak için elektron eklenmesi veya çıkarılmasıyla yüksek derecede iletken hale gelirler.
- İletken polimerler nerede kullanılır?
- Organik ışık yayan diyotlarda, güneş pillerinde ve transistörlerde, şeffaf ve antistatik elektrot kaplamaları olarak, ayrıca sensörlerde, elektrokromik ekranlarda ve enerji depolama elektrotlarında, ayarlanabilir, işlenebilir elektronik davranışlarının değerli olduğu yerlerde kullanılmaktadırlar.