Báo Cáo Cấu trúc, cơ chế dẫn điện, phương pháp chế tạo và ứng dụng của polime dẫn (Electrically conducting p

ELECTRICALLY CONDUCTING POLYMERS ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Khoa Học Vật liệu – 09MM GVHD: TS. Hoàng Thị Đông Quỳ Trưởng nhóm: Thi Quốc Huy Email liên hệ: jackyshi91@gmail.com  Giới thiệu chung  Cấu trúc polyme dẫn • Điện tử π trong nối liên hợp • Các chất dopant  Cơ chế dẫn điện • Sự truyền điện của vật chất • Cơ sở hóa học • Cơ sở lượng tử  Tính chất  Phương pháp chế tạo • Tổng hợp polymer dẫn • Kích hoạt polymer dẫn  Ứng dụng [...]... bị điện sắc và phát quang  Tính dẫn điện: • Mặc dù độ dẫn điện của polymer dẫn th p hơn kim loại nhưng có khả năng chuyển đổi qua lại từ dẫn diện qua cách điện Tổng h p polymer dẫn • Kể từ lúc phát hiện vào năm 1976, đã có hàng ngàn báo cáo khoa học và bằng phát minh mô tả về những các phương ph p tổng h p của các loại polymer dẫn điện • Xét về tính chất, các phương ph p tổng h p có thể phân ra làm... chính: 1 Phương ph p điện hóa 2 Phương ph p hóa học Tổng h p polymer dẫn Phương ph p điện hóa • phim polymer được thành hình trong một bình điện phân • Chất điện phân là monomer (vd: pyrrole, aniline hay thiophene) • Dopant được hòa tan trong nước hay một dung môi thích h p • Tại cực dương monomer bị oxi hóa kết h p dopant và đồng thời trùng h p thành phim Kích hoạt polymer dẫn • Ở điều kiện thường, polymer... Hiệu ứng cộng hưởng của nhân benzene Cơ sở lượng tử Trong polymer mang nối liên h p các điện tử π có thể di chuyển tự do dọc theo mạch phân tử như hiệu ứng cộng hưởng trong nhân bezene !!! chuyển hoá Peierls Cơ sở lượng tử Polymer Band gap (eV) Polyacetylene (PA) 1,4 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 1,5 Polythiophene (PT) 2,0 Poly(phenylene vinylene) (PPV) 2,5 Polyaniline (PAn) 3,2 Poly(para-phenylene)... Poly(para-phenylene) (PPP) 3,5 Polypyrrole (PPy) 3,6 Bán dẫn silic Band gap (eV) 1.11 gecmani 0.67 polymer mang nối liên h p chỉ có thể ở trạng thái định vị và do đó là một chất cách điện hay là một chất bán dẫn tồi Cơ sở lượng tử • Phương ph p tăng nhiệt độ để "lật ngược" chuyển hoá Peierls không khả thi do polyme bị phân hủy ở nhiệt độ cao  Phần tử tải điện trong polymer dẫn điện không phải là các điện... trị và dải dẫn điện trong Ppy • Khi nồng độ dopant gia tăng những đỉnh khác xuất hiện biểu hiện sự hình thành các mực và dải năng lượng tạo nên bởi sự hiện hữu của polaron, bipolaron  Theo lý thuyết, nếu mạch polymer được kết h p với dopant 100 % (1 phân tử kết h p với 1 phân tử đơn vị của polymer) thì dải năng lượng bipolaron sẽ tỏa rộng nối liền dải hóa trị và dải dẫn điện  polyme trở nên dẫn điện... các điện tử π tự do mà phải là polaron và bipolaron hình thành trong quá trình doping Tại sao polaron và bipolaron lại làm cho polyme cách điện thành dẫn điện? Cơ sở lượng tử Cơ sở lượng tử Thí nghiệm của Brédas Đường cong h p thụ của phim PPy được doping với anion ClO4khi được quét với sóng điện từ với những năng lượng bức xạ khác nhau Cơ sở lượng tử • Khi nồng độ dopant rất th p (đường cong dưới cùng),... 1 dopant chỉ có thể kết h p tối đa 3 phân tử đơn vị (33.33%)  Đặc tính quan trọng nhất là khả năng chuyển mạch (switchable) thuận nghịch do cơ chế doping-dedoping  Độ bền: • Hầu hết các trường h p độ bền của polyme dẫn là độ ổn định của tính dẫn điện • Polyaxetylen có độ dẫn cao trong môi trường trơ, nhưng khi ti p xúc với không khí dễ bị oxi hóa • Polypyrrol và polyanilin được xem là polymer dẫn. .. acid, protein, enzyme Các chất hoạt tính bề mặt Polymer Thí dụ: dodecylsulfate, dodecylbenzenesulfonate Thí dụ: poly (styrenesulfonic acid) Các chất dopant • Dopant có thể là một phân tử, một h p chất vô cơ, hữu cơ, thậm chí có thể là một polymer hay phân tử sinh học như enzyme • Trọng lượng dopant có thể chiếm tới 50 % trong polyme dẫn Dopant quyết định độ cao th p của độ dẫn điện, lý tính (physical properties),... là bipolaron • Ở nồng độ cao hơn nữa, mạch PA xuất hiện càng nhiều bipolaron, các bậc năng lượng hình thành bởi sự hiện diện của bipolaron sẽ hòa vào nhau thành hai dải năng lượng bipolaron • Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng polaron và bipolaron là phần tử tải điện(charge carrier) của polymer dẫn điện Cơ sở hóa học Cơ sở hóa học Cơ sở lượng tử • Phương trình Schrodinger    2 i  ... chất dopant • Dopant: là một t p chất được được vào vật liệu (với nồng độ rất nhỏ) để làm thay đổi tính chất điện hoặc các tính chất quang học của vật liệu đó • Doping: là quá trình pha t p dopant vào vật liệu • Doping trong công nghệ bán dẫn là một quá trình vật lý, trong khi "doping" trong polymer dẫn điện xảy ra theo một phản ứng hóa học hay điện hóa (electrochemistry) • Lượng dopant trong bán dẫn . trúc polyme dẫn • Điện tử π trong nối liên h p • Các chất dopant  Cơ chế dẫn điện • Sự truyền điện của vật chất • Cơ sở hóa học • Cơ sở lượng tử  Tính chất  Phương ph p chế tạo • Tổng h p polymer. nối C - C) và 1 nối π do của vân đạo p z của hai nguyên tố kề nhau tạo thành • Đặc điểm của polymer dẫn điện là những nối carbon liên h p (conjugation bond), -C=C–C=C- • PA, PAn, PPy và PT đều có. iodine được h p thụ vào PA dưới dạng ion làm tăng độ dẫn điện của PA đến 1 tỷ lần !!! Kỳ tích tăng độ dẫn điện của phim PA nhảy vọt 1 tỷ lần đã phá vỡ một khái niệm truyền thống về polyme – vật