Polymer dẫn

Vật Liệu Polymer Dẫn Vật Liệu Polymer Dẫn Giáo viên hướng dẫn: - TS Trương Thị Ngọc Liên. Nhóm sv thực hiện: - Hoàng Ngọc Dũng. - Phạm Đình Ca. - Nguyễn Đức Quang. - Nguyễn Lương Hoàng. MỤC LỤC  Giới thiệu về vật polymer và polymer dẫn.  Mô hình vùng năng lượng của polymer dẫn.  Quá trình pha tạp cải thiện độ dẫn.  Tính chất của polymer dẫn.  Ứng dụng của polymer dẫn.  Các phương pháp chế tạo polymer dẫn. • Năm 1953 sự kiện giải nobel hóa học đã được trao cho nhà hóa học người Đức Hermann Staudinger cho công trình ‘những khám phá về lĩnh vực hóa học đại phân tử’, được coi là những bước đi đầu tiên trong việc tổng hợp loại vật liệu phổ biến nhất trên thế giới – polymer. • Kể từ khi được tìm ra và tổng hợp thành công polymer trở thành một trong những loại vật liệu được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, chúng có mặt ở mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta. • Polymer là những mạch phân tử gồm hàng nghìn, chục nghìn phân tử đơn vị (gọi là monomer) kết hợp lại giống như những mắt xích. • Polymer được tổng hợp nhờ phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng từ các monomer. Polymer ? In 2000, The Nobel Prize in Chemistry was awarded to A. J. Heeger, A. G. MacDiarmid, and H. Shirakawa “for the discovery and development of electrically conductive polymers” http://www.nobel.se Quartz: s = 10 -18 S cm -1 Silver/copper: s = 10 6 S cm -1 10 -20 10 -16 10 -12 10 -8 10 -4 10 0 10 4 Conductivity (Ω -1 cm -1 ) copper germanium silicon glass nylon Teflonquartz Metals Semiconductors Insulators Polymer Dẫn ?  Polymer dẫn là gì? • Polymer như PE, PVC, polystyrene, nylon có "độ dẫn điện" trong khoảng 10 -18 S/cm, có thể xem như là cách điện. • Khi được doping hóa, tùy điều kiện tổng hợp độ dẫn điện của polymer có thể đạt được trong khoảng 0,1S/cm đến 10 5 S/cm (thông thường chỉ 10 3 S/cm), khi đó polymer trở thành dẫn điện. Độ dẫn điện của các loại vật liệu 1. Giới thiệu về vật liệu polymer dẫn • Cấu tạo phân tử và các liên kết trong phân tử polymer dẫn: • Các vân đạo lai (hybrid orbitals): - Cấu hình điện tử của carbon: - Trong carbon, liên kết hoá học tiến triển theo các bước trung gian: hoạt hoá và lai hoá. - Quá trình hoạt hóa, 1 electron ở phân lớp 2s chuyển lên phân vân đạo p z trống  - Quá trình lai hoá: carbon liên kết electron 2s còn lại với các electron khác: Với : 3 vân đạo 2p -> các lai hoá 2 vân đạo 2p -> các lai hoá 1 vân đạo 2p -> lai hoá sp Mô hình vùng năng lượng • Các vân đạo lai : - Có 4 “nhánh” hướng tới các đỉnh của một tứ diện. - Góc giữa các nhánh là 109,5 độ. - Gồm các liên kết σ C-C rất mạnh. Sự hình thành các vân đạo lai hóa sp3 và phân tử metan (CH4) [...]... dàng di chuyến từ dải hóa trị đến dải dẫn điện Hay bề rộng vùng cấm của polymer bán dẫn đã được thu hẹp  Hai đặc điểm của polymer dẫn điện là: • • Có những nối carbon liên hợp - C = C - C = C - Có sự hiện diện của dopant => Hai đặc điểm này làm polymer trở nên dẫn điện  Cơ chế dẫn điện của polyme dẫn: Có hai cơ chế chính: cơ chế dẫn điện của Roth và cơ chế dẫn điện của K.Aoki • Cơ chế của Roth:... loãng dẫn ở vùng xa điện cực nền - Sự lan truyền vùng dẫn liên quan đến tính dẫn điện tử, sự định hướng ngẫu nhiên các sợi dẫn, và sự xuất phát ngẫu nhiên của mỗi sợi dẫn từ một điểm trên bề mặt điện cực nền Tính Chất  Tính chất điện: • Độ dẫn tối đa của bán dẫn hữu cơ được xác định nhờ các điện cực phun điện tử, được biểu diễn bởi công thức: Với: • Công thức tính độ dẫn tổng cộng của bán dẫn hữu... chúng ta có được polymer bán dẫn Để nâng cao độ dẫn điện chúng ta cần thu hẹp vùng cấm của chúng điều này có thể thực hiện được bằng cách pha tạp • Hầu hết các loại polymer bán dẫn có năng lượng vùng cấm trong khoảng 1,5 đến 3 eV Độ rộng vùng cấm Eg của một số polymer dẫn Pha Tạp • Quá trình doping: • Là quá trình đưa thêm một số tạp chất hay tạo ra một số sai hỏng làm thay đổi đặc tính dẫn điện của các... xảy ra hiện tượng lan truyền pha => polymer dẫn điện Sơ đồ cơ chế lan truyền pha K.AoKi - Những đoạn polyme ở trạng thái oxy hóa gần với bề mặt điện cực sẽ định vị lại, trở thành vùng dẫn cục bộ Vùng dẫn này oxy hóa tiếp vùng không dẫn ở ngay phía trên nó, cứ thế vùng dẫn sẽ lan truyền đến mặt ngoài cùng của màng polyme Đây được gọi là sự thẩm điện tích pha - Các điểm dẫn tập trung chủ yếu trong không... phản ứng (1) để tạo ra polymer dẫn điện vì phương pháp này dễ thực hiện hơn phản ứng (2) Một số dopant A nhận điện tử cho ra anion A- (A + e-  A-) • Năm 1977 MacDiarmid, Heeger và Shirakawa đã cho PA pha tạp với khí iot để cho polymer PA dẫn điện: n là số đơn vị mononer, m là số đơn vị chịu ảnh hưởng của anion (I3)-  Các hạt tải và mức năng lượng của chúng trong polymer bán dẫn: • Để mô tả quá trình... phân tử polymer -> tạo nên dòng điện Hình vẽ mô tả sự chuyển động của điện tử π (·) và lỗ trống (+) - Điện tử chuyển động qua lại giữa các chuỗi polymer là do các sợi polyme xoắn lại với nhau, khi đó các obital của chúng có thể lai hoá với nhau nên điện tử có thể chuyển động từ chuỗi này sang chuỗi khác thông qua obital lai hoá Cơ chế dẫn điện Roth của polyme dẫn: [AB] Dẫn trong một chuỗi [BC] Dẫn giữa... điện Roth của polyme dẫn: [AB] Dẫn trong một chuỗi [BC] Dẫn giữa các chuỗi [CD] Dẫn giữa các sợi [AD] Quá trình chuyển điện tích vĩ mô • Cơ chế lan truyền pha của K.Aoki: - Theo K.Aoki trong pha của polyme có những chuỗi có khả năng dẫn điện và những chuỗi không có khả năng dẫn điện chúng tạo ra vùng dẫn và vùng không dẫn - Chuỗi polyme ở trạng thái oxy hoá, khi đó thì nó dư các obital trống có thể... đôi) PVC • PA là polymer dẫn được tìm ra đầu tiên Trong cấu tạo phân tử của chúng có các liên kết π xen kẽ (các nối đôi xen kẽ) • Đối với chuỗi polymer nhiều nguyên tử do sự lai hóa của các obitan p z , py trong các liên kết đôi và liên kết ba của cacbon và sự tách mức năng lượng dẫn đến một số lớn các mức năng lượng và các mức năng lượng này rất sát nhau tạo nên vùng năng lượng của polymer Với bề rộng... • Sự tách mức năng lượng và chồng chập của các liên kết π cho bề rộng vùng cấm hẹp, các polymer có chứa các liên kết π dạng này có bề rộng vùng cấm giống với của các chất bán dẫn Hay có thể gọi chúng là các polymer bán dẫn • Sự tách mức năng lượng và chồng chập của các liên kết σ cho bề rộng vùng cấm rộng Các polymer dạng này có bề rộng vùng cấm giống với của các chất điện môi Vì vậy chúng được dùng... dương và âm Các loại chuẩn hạt “polaron” khác nhau trong polymer “kết hợp” Polyacetylene Các polaron được minh họa bằng các mức năng lượng riêng biệt, được định vị trong vùng cấm • Các mức năng lượng của polaron và bipolaron tạo thành các mức năng lượng nằm sát các mức HOMO và LUMO của polymer bán dẫn làm cho vùng cấm của chúng bị thu hẹp • Xét polymer polypyrrole (PPy) : Cặp lỗ trống và điện tử π còn . LỤC  Giới thiệu về vật polymer và polymer dẫn.  Mô hình vùng năng lượng của polymer dẫn.  Quá trình pha tạp cải thiện độ dẫn.  Tính chất của polymer dẫn.  Ứng dụng của polymer dẫn.  Các. cm -1 ) copper germanium silicon glass nylon Teflonquartz Metals Semiconductors Insulators Polymer Dẫn ?  Polymer dẫn là gì? • Polymer như PE, PVC, polystyrene, nylon có "độ dẫn điện" trong khoảng. của polymer có thể đạt được trong khoảng 0,1S/cm đến 10 5 S/cm (thông thường chỉ 10 3 S/cm), khi đó polymer trở thành dẫn điện. Độ dẫn điện của các loại vật liệu 1. Giới thiệu về vật liệu polymer