导电聚合物

导电聚合物，或更精确地说，本征导电聚合物（ICP的）是有机聚合物的是行为 的电力。这种化合物可以具有金属导电性，也可以是半导体。导电聚合物的xxx优点是其可加工性，主要是通过分散。导电聚合物通常不是热塑性塑料。即，它们是不可热成型的。但是，就像绝缘聚合物一样，它们是有机材料。它们可以提供高电导率，但不会显示出与其他市售聚合物相似的机械性能。可以使用有机合成方法和先进的分散技术对电性能进行微调。

尽管大多数工作在小于100纳米的量子领域，但“分子”电子过程可以集体地在宏观上显现。示例包括量子隧穿，负电阻，声子辅助跳变和极化子。1977年，Alan J. Heeger，Alan MacDiarmid和Hideki Shirakawa报告了在氧化碘掺杂的聚乙炔中具有类似的高电导率。在这项研究中，他们因“发现和开发导电聚合物”而获得了2000年诺贝尔化学奖 。聚乙炔本身并未发现实际应用，但引起了科学家的注意，并鼓励了该领域的快速发展。自1980年代后期以来，有机发光二极管（OLED）成为导电聚合物的重要应用。

线性骨干“聚合物黑”（聚乙炔、聚吡咯、聚吲哚和聚苯胺）及其共聚物是导电聚合物的主要类别。聚（对亚苯基亚乙烯基）（PPV）及其可溶衍生物已作为典型的电致发光半导体聚合物出现。今天，聚（3-烷基噻吩）是太阳能电池和晶体管的典型材料。

导电聚合物可以通过许多方法制备。大多数导电聚合物是通过单环前体的氧化偶联制备的。此类反应需要脱氢：

大多数聚合物的低溶解度提出了挑战。一些研究人员向一些或所有单体中添加了可溶解的官能团，以增加溶解度。其他人通过在水中形成纳米结构和表面活性剂稳定的导电聚合物分散体解决了这一问题。这些包括聚苯胺纳米纤维和PEDOT：PSS。在许多情况下，导电聚合物的分子量低于诸如聚乙烯的常规聚合物。但是，在某些情况下，分子量不需要很高即可达到所需的性能。

有两种主要的合成导电聚合物的方法，化学合成和电聚合。的化学合成手段通过将各种条件下的简单单体，如加热、压制、曝光和催化剂连接的单体的碳-碳键。优点是高产量。但是，最终产品中可能存在许多杂质。电聚合是指将三个电极插入包括反应器或单体的溶液中。通过向电极施加电压，促进了氧化还原反应以合成聚合物。电聚合也可分为循环伏安法通过施加循环电压和恒定电压来实现恒电位方法。电聚合的优点是产物的高纯度。但是该方法一次只能合成几个产品。

这种聚合物的电导率是几种方法的结果。例如，在诸如聚乙烯的传统聚合物中，价电子以sp 3杂交的共价键结合。这样的“西格玛键合电子”具有低迁移率并且对材料的导电性没有贡献。但是，在共轭材料中，情况完全不同。导电聚合物具有连续的sp 2杂化碳中心的主链。在每个中心驻留在AP一个价电子Ž轨道，正交于其它三个Σ-键。所有P ž轨道彼此结合形成分子范围的离域轨道集。当材料被氧化“掺杂”时，这些离域轨道中的电子具有很高的迁移率，从而去除了一些离域电子。因此，共轭p轨道形成一维电子带，该带内的电子在被部分清空时会移动。可以通过紧密结合模型轻松计算出导电聚合物的能带结构。原则上，可以通过还原来掺杂这些相同的材料，这会将电子添加到否则未填充的能带中。在实践中，大多数有机导体被氧化掺杂以产生p型材料。的有机导体的氧化还原掺杂类似于硅半导体的掺杂，由此一小部分硅原子通过富电子，代替例如，磷或贫电子，例如，硼原子，用以产生n型和p型型半导体。

尽管通常“掺杂”导电聚合物涉及氧化或还原材料，但是与质子溶剂缔合的导电有机聚合物也可以是“自掺杂的”。

未掺杂的共轭聚合物状态是半导体或绝缘体。在此类化合物中，能隙可能大于2 eV，对于热激活传导而言太大。因此，未掺杂的共轭聚合物，例如聚噻吩，聚乙炔仅具有约10 -10至10 -8 S / cm 的低电导率。即使在非常低的掺杂水平（