Độ dẫn điện của polymer và các yếu tố ảnh hưởng

3 Độ dẫn điện Polymer yếu tố ảnh hưởng: 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng •Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến độ linh động, tính nhớt môi trường Polymer •Phụ thuộc vào cấp số:   A.e So sánh độ dẫn điện polymer dẫn với kim loại 10/17/2016  U RT A hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ ∆U lượng hoạt hóa, lượng cần thiết để chuyển ion từ trạng thái sang trạng thái khác Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Độ thẩm điện môi έ chất xác định dung lượng tụ điện chứa đầy điện môi với dung lượng tụ điện chân không • Nếu polymer có chứa nhóm phân cực đặt trường điện tỷ lệ xác định thời gian hồi phục tần số trường, quan sát định hướng Segmen đơn vị động học gây giá trị xác định độ thẩm điện môi độ tổn thất điện môi • Liên quan đến trình phân cực → hình thành Momen điện đơn vị thể tích điện môi trường điện( Momen điện đơn vị thể tích tổng hình học Momen lưỡng cực thể tích) Giá trị tần số độ thẩm điện môi ε∞ tất polymer 2,2 - 2,5 10/17/2016 Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Độ tổn thất điện môi phần lượng trường điện điện môi dạng nhiệt  E W 8 Tổn thất điện môi hay nhiệt W χ độ dẫn điện riêng điện môi E ứng suất trường 10/17/2016 Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Sự tổn thất điện môi polymer bao gồm loại: Tổn thất lưỡng cực đàn hồi, liên quan tới quay nhóm mắt xích trường điện Phụ thuộc vào cấu trúc hóa học polyme, lực tương tác nội phân tử, độ linh động mắt xích thời gian hồi phục Tổn thất lưỡng cực – gốc, gây chuyển động nhóm phân cực (gốc phân cưc) 10/17/2016 4 Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Sự tổn thất điện môi phụ thuộc vào: Tính điều hòa phân tử, độ kết tinh Polymer Độ linh động phân tử, định hướng mạch polymer bó, khâu mạch, tác dụng chất hấp phụ thấp phân tử chất hóa dẻo… 10/17/2016 5 Tính chất điện polyme có hệ liên hợp: • 4.1Điều kiện cần cấu trúc polymer dẫn điện: • Polymer có nối carbon liên hợp, nối tiếp nối đơn C – C nối đôi C = C • Có hệ thống điện tử π liên hợp -CH C- n -C C- -C C- n n R Polyvinylen Polyaxetylen n plyarylen Polyarylenpolyaxetylen Cl •Polyme phối trí mạch liên O NH NH N C C N N C C Cl O hợp với nguyên tử kim loại dạng phức chelat N Me N Polyaminoquinon C C N N C C N Fe Fe Polyferoxen 10/17/2016 -C C- Fe polyphtaloxyanin dong Tính chất điện polyme có hệ liên hợp: • Năng lượng kích thích electron π chuyển vùng không lớn giảm chiều dài mạch liên hợp tăng: h2 N 1 W  8m.l N Với h- số Planck, m n – khối lượng số electron, l- chiều dài mắcxích mạch Dòng điện chuyển từ phân tử sang phân khác nhờ bước nhảy hoạt hóa với xác suất tăng tăng nhiệt độ Cấu trúc polyme trật tự, tính liên tục liên hợp bị phá hủy, bước nhảy xảy dễ dàng độ dẫn điện cao 10/17/2016 10/17/2016 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA POLYMER • Tổng quan tính chất điện Polymer • Các loại polymer dẫn điện • Độ dẫn điện Polymer yếu tố ảnh hưởng • Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer • Tính chất điện polyme có hệ liên hợp • Mômen lưỡng cực phân tử Polymer • Ứng dụng polymer dẫn điện 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer Tổng quan tính chất điện Polymer Polymer có dạng …MMMMMMM… Khi thêm vào Polymer chất nhận điện tử tạo nên ion dương âm (dopant) chất có tính thuận nghịch tạo nên trình doping/dedoping (oxit hóa/khử) …MMMMMMM…., dopant A đưa đến chuyển hoán dẫnđiện/cáchđiện MMMMMMMMMMM + A (dạng 1) doping ↕ dedoping MMM+A-MMMM+A-MMMM+A-MMM (dạng 2) 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 10 Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Độ tổn thất điện môi phần lượng trường điện điện môi dạng nhiệt  E W 8 Tổn thất điện môi hay nhiệt W χ độ dẫn điện riêng điện môi E ứng suất trường 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 46 Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Sự tổn thất điện môi polymer bao gồm loại: Tổn thất lưỡng cực đàn hồi, liên quan tới quay nhóm mắt xích trường điện Phụ thuộc vào cấu trúc hóa học polyme, lực tương tác nội phân tử, độ linh động mắt xích thời gian hồi phục Tổn thất lưỡng cực – gốc, gây chuyển động nhóm phân cực (gốc phân cưc) 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 47 Độ thẩm điện môi tổn thất điện môi Polymer: • Sự tổn thất điện môi phụ thuộc vào: Tính điều hòa phân tử, độ kết tinh Polymer Độ linh động phân tử, định hướng mạch polymer bó, khâu mạch, tác dụng chất hấp phụ thấp phân tử chất hóa dẻo… 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 48 Tính chất điện polyme có hệ liên hợp: • 4.1Điều kiện cần cấu trúc polymer dẫn điện: • Polymer có nối carbon liên hợp, nối tiếp nối đơn C – C nối đôi C = C • Có hệ thống điện tử π liên hợp -CH C- n -C C- -C C- n n R Polyvinylen Polyaxetylen n plyarylen Polyarylenpolyaxetylen Cl •Polyme phối trí mạch liên O NH NH N C C N N C C Cl O hợp với nguyên tử kim loại dạng phức chelat N Me N Polyaminoquinon C C N N C C N Fe Fe Polyferoxen 10/17/2016 -C C- Tiểu luận Hóa lý Polymer Fe polyphtaloxyanin dong 49 Tính chất điện polyme có hệ liên hợp: • Năng lượng kích thích electron π chuyển vùng không lớn giảm chiều dài mạch liên hợp tăng: h2 N 1 W  8m.l N Với h- số Planck, m n – khối lượng số electron, l- chiều dài mắcxích mạch Dòng điện chuyển từ phân tử sang phân khác nhờ bước nhảy hoạt hóa với xác suất tăng tăng nhiệt độ Cấu trúc polyme trật tự, tính liên tục liên hợp bị phá hủy, bước nhảy xảy dễ dàng độ dẫn điện cao 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 50 Mômen lưỡng cực phân tử Polymer • Momen lưỡng cực Polymer phụ thuộc vào định hướng tương hỗ momen riêng phân tử, vào cấu hình mạch Polymer • Phương trình chung momen lưỡng cực Polymer là: N M   n n 1 • μn momen lưỡng cực mắt xích monomer • N0 số mắt xích monomer mạch 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 51 Mômen lưỡng cực phân tử Polymer • Nếu xem mắt xích có quay tự áp dụng phương trình Kuhm: M2  02 N • Với M- momen điện trung bình tất phần tử, • N- số mắt xích có mạch, • μ0 – momen lưỡng cực mắt xích monormer • Theo Marchal, giá trị trung bình momen lưỡng cực mắt xích Plymer phụ thuộc vào tương tác giũa nhóm phân cực plymer nói chung hàm số trông số đặc trưng cho kìm hãm quay nội mạch polymer: M2  g.02   hd N 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 52 Ứng dụng polymer dẫn điện: • 7.1 Điốt phát quang hữu (Organic light emitting diode OLED) •Các OLED dùng để chế tạo thành hình hiển thị •Vật liệu sử dụng poly(vinylcarbazole) Cấu trúc đèn LED < -> Giản đồ lượng Hình: Cấu tạo cách vận hành điốt phát quang hữu 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 53 Ứng dụng polymer dẫn điện: • 7.2 Transistor hiệu ứng trường (FETs: Field effect transistors) Polymer dẫn điện dùng chế tạo FETs tốt hexathienyl, C60 pentacene Cấu tạo transistor hiệu ứng từ 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 54 Mômen lưỡng cực phân tử Polymer • Momen lưỡng cực Polymer phụ thuộc vào định hướng tương hỗ momen riêng phân tử, vào cấu hình mạch Polymer • Phương trình chung momen lưỡng cực Polymer là: N M   n n 1 • μn momen lưỡng cực mắt xích monomer • N0 số mắt xích monomer mạch 10/17/2016 55 Mômen lưỡng cực phân tử Polymer • Nếu xem mắt xích có quay tự áp dụng phương trình Kuhm: M2  02 N • Với M- momen điện trung bình tất phần tử, • N- số mắt xích có mạch, • μ0 – momen lưỡng cực mắt xích monormer • Theo Marchal, giá trị trung bình momen lưỡng cực mắt xích Plymer phụ thuộc vào tương tác giũa nhóm phân cực plymer nói chung hàm số trông số đặc trưng cho kìm hãm quay nội mạch polymer: M2  g.02   hd N 10/17/2016 56 Ứng dụng polymer dẫn điện: • 7.1 Điốt phát quang hữu (Organic light emitting diode OLED) •Các OLED dùng để chế tạo thành hình hiển thị •Vật liệu sử dụng poly(vinylcarbazole) Cấu trúc đèn LED < -> Giản đồ lượng Hình: Cấu tạo cách vận hành điốt phát quang hữu 10/17/2016 57 Ứng dụng polymer dẫn điện: • 7.2 Transistor hiệu ứng trường (FETs: Field effect transistors) Polymer dẫn điện dùng chế tạo FETs tốt hexathienyl, C60 pentacene Cấu tạo transistor hiệu ứng từ 10/17/2016 58 Ứng dụng polymer dẫn điện: • 7.3 Tụ điện •Kích thước tụ điện nhỏ cho dung lượng tối đa (siêu tụ điện) •Tụ điện với điện cực nhôm PPy ( Polypyrrole ) Oxide nhôm (Al2O3) chất điện môi •PPy có độ dẫn điện cao MnO2 từ 10 đến 100 lần 10/17/2016 59 Ứng dụng polymer dẫn điện: • 7.4 Pin nạp điện • Li/LiClO4 - PC/PA Pin cho điện áp 3,7 V cao pin gia dụng thông thường (1,5 V) nạp điện • [CH]n + nm(ClO4-) – nme↔ [CHm+(ClO4-)m]n phóng điện • cực âm là, nạp điện • nmLi+ + nme- ↔ nmLi (6) (7) phóng điện 10/17/2016 60 [...]... chất điện của Polymer • 2 Các loại polymer dẫn điện • 3 Độ dẫn điện của Polymer và các yếu tố ảnh hưởng • 4 Độ thẩm điện môi và tổn thất điện môi của Polymer • 5 Tính chất điện của polyme có hệ liên hợp • 6 Mômen lưỡng cực của phân tử Polymer • 7 Ứng dụng của polymer dẫn điện 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 32 1 Tổng quan về tính chất điện của Polymer Polymer có dạng …MMMMMMM… Khi thêm vào Polymer. .. muối, nước, các gốc nhũ tương hóa, xúc tác, Monomer Độ dẫn điện s của Polymer còn được biểu diễn bằng công thức: s=nme n là nồng độ của hạt tải điện m là độ di động e là điện lượng của điện tử (1,602 x 10-19 C) 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 18 3 Độ dẫn điện của Polymer và các yếu tố ảnh hưởng: 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng •Sự di động của điện tử trong mạch polymer (mũi tên A) •Giữa những mạch polymer. .. nhiều polymer tạo nên (mũi tên C) 10/17/2016 • Nồng độ của phần tử tải điện • Sự di động của điện tử trong mạch polymer, giữa những mạch polymer và giữa những mảng do nhiều polymer tạo nên → Polymer dẫn điện có mạch phân tử cùng hướng về một chiều để làm tăng sự di dộng của điện tử Tiểu luận Hóa lý Polymer 19 3 Độ dẫn điện của Polymer và các yếu tố ảnh hưởng: • Đo được độ dẫn điện riêng của Polymer, ... được động học của phản ứng không gian ba chiều, nghiên cứu tương tác của Polymer với dung môi Xác định khối lượng phân tử của Polymer, hiểu được những thay đổi tính chất hóa học và vật lý khi xử lý nhiệt 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 20 3 Độ dẫn điện của Polymer và các yếu tố ảnh hưởng: 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng •Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến độ linh động, tính nhớt của môi trường Polymer •Phụ thuộc vào... dọc theo mạch polymer •Sự di động của lỗ trống xác nhận polaron/bipolaron là một thực thể tải điện và là nguyên nhân của sự dẫn điện 17 3 Độ dẫn điện của Polymer và các yếu tố ảnh hưởng: 3.1 Độ dẫn điện của Polymer Độ dẫn điện riêng của Polymer được xác định bằng các ion tự do không liên kết hóa học với Polymer Các nguồn sinh ra ion ở dạng tự do hoặc ở dạng liên kết yếu: những chất hấp phụ thấp... hình học của Momen lưỡng cực trong thể tích) Giá trị tần số của độ thẩm điện môi ε∞ của tất cả các polymer là 2,2 - 2,5 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 22 4 Độ thẩm điện môi và tổn thất điện môi của Polymer: • Độ tổn thất điện môi là phần năng lượng của trường điện mất đi trong điện môi dưới dạng nhiệt  E 2 W 8 Tổn thất điện môi hay nhiệt W χ là độ dẫn điện riêng của điện môi E là ứng suất của trường... 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 11 2 Các loại Polymer dẫn điện 2.1 Polymer dẫn điện do phụ gia: Chất phụ gia có độ dẫn điện lớn, như bột kim loại, bồ hóng hay Grafit… Tuy nhiên, tính dẫn điện có được không xuất phát từ bản chất của vật liệu polymer mà từ các phụ gia thêm vào → Không được ứng dụng nhiều 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 12 2 Các loại Polymer dẫn điện 2.2 Polymer dẫn điện do quá trình “doping”... điện do phụ gia: Chất phụ gia có độ dẫn điện lớn, như bột kim loại, bồ hóng hay Grafit… Tuy nhiên, tính dẫn điện có được không xuất phát từ bản chất của vật liệu polymer mà từ các phụ gia thêm vào → Không được ứng dụng nhiều 10/17/2016 Tiểu luận Hóa lý Polymer 35 2 Các loại Polymer dẫn điện 2.2 Polymer dẫn điện do quá trình “doping” : Hai phương pháp để đưa các điện tích vào Polymer: • Lấy đi các điện. .. Polymer 23 4 Độ thẩm điện môi và tổn thất điện môi của Polymer: • Sự tổn thất điện môi của polymer bao gồm 2 loại: 1 Tổn thất lưỡng cực đàn hồi, liên quan tới sự quay của nhóm mắt xích trong trường điện Phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của polyme, lực tương tác nội và giữa các phân tử, cũng như độ linh động của mắt xích và thời gian hồi phục 2 Tổn thất lưỡng cực – gốc, gây ra bởi sự chuyển động của các. .. So sánh độ dẫn điện của polymer dẫn với kim loại 10/17/2016  U RT A là hệ số ít phụ thuộc vào nhiệt độ ∆U là năng lượng hoạt hóa, là năng lượng cần thiết để chuyển ion từ trạng thái này sang trạng thái khác Tiểu luận Hóa lý Polymer 21 4 Độ thẩm điện môi và tổn thất điện môi của Polymer: • Độ thẩm điện môi έ của chất xác định bằng dung lượng của tụ điện chứa đầy điện môi với dung lượng của tụ điện trong