Polyme là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ rất nhiều nhóm có cấu tạo hóa học giống nhau lặp đi lặp lại và chúng nối với nhau bằng liên kết đồng hóa trị . Ví dụ : Nếu A là đơn vị phân tử, phản ứng trùng hợp (polymerization) sẽ cho ra một xích polymer có dạng AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA Trong đó hàng nghìn, hàng chục nghìn đơn vị A được nối lại với nhau bằng nối hóa học. Nếu A là phân tử ethylene thì ta có polyethylene; propylene thì polymer sẽ là polypropylene v.v...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KĨ THUẬT VIỆN VẬT LÝ KĨ THUẬT BÁO CÁO MÔN HỌC Đề tài : Vật liệu polyme dẫn Nội dung Khái niệm & phân loại Cơ chế dẫn điện Phương pháp tổng hợp Ứng dụng Khái niệm Polyme hợp chất cao phân tử cấu tạo từ nhiều nhóm có cấu tạo hóa học giống lặp lặp lại chúng nối với liên kết đồng hóa trị Polyme dẫn Sự kết hợp polymers liên hợp (- C = C – C = C -) dopant (A-) làm cho polymer trở thành polymer dẫn điện 1 Polyme dẫn điện phụ gia Phân loại Polymer dẫn trình “dopant” Polymer dẫn điện Polyme dẫn điện phụ gia • Đặc điểm loại người ta thường cho vào polymer chất phụ gia có độ dẫn điện lớn, bột kim loại 2 Polymer dẫn q trình “dopant” • Ta đưa thêm số tạp chất hay tạo số sai hỏng làm thay đổi đặc tính dẫn điện polymer tạo bán dẫn loại N P tuỳ thuộc vào loại phụ gia ta đưa vào • Chất cho điện tử Natri Kali (doping loại n) chất nhận điện tử I 2, AsF5 FeCl3 (doping p). Polymer dẫn điện • Các polymer dẫn điện polyme có chất dẫn điện giá trị lượng miền cấm (Eg) nhỏ, chí gần 0eV Cơ chế dẫn điện Hình vẽ mơ tả chuyển động điện tử (.) lỗ trống (+) • Khi dopant A nhận điện tử từ polymer, lỗ trống (+) xuất Khi dòng điện áp đặt vào polymer, điện tử nguyên tố C bên cạnh nhảy vào lỗ trống tiếp diễn Sự di chuyển điện tử di chuyển ngắn, nhờ di chuyển lỗ trống (+) liên tục di động dọc theo mạch polymer Phương pháp điện hóa Phương pháp tổng hợp Phương pháp hóa học Phương pháp điện hóa • Với phương pháp điện hóa, phim polymer thành hình bình điện giải đơn giản, chất điện giải monomer (thí dụ: pyrrole, aniline hay thiophene) dopant hịa tan nước hay dung mơi thích hợp Tại cực dương monomer bị oxít hóa kết hợp dopant đồng thời trùng hợp thành phim Phương pháp điện hóa dùng bình điện giải để tổng hợp polypyrrole Phương pháp hóa học • Trong phương pháp hóa học, monomer, dopant chất oxid hóa (thí dụ: FeCl3) hịa tan nước dung môi Phản ứng trùng hợp xảy cho polymer dạng bột Ứng dụng Ứng Ứng Ứngdụng dụng dụngcủa củapolyme polyme polymedẫn dẫn dẫnđiện điện điệntrong trongdự dự dựtrữ trữ trữnăng nănglượng lượng lượng Sensor Thiết bị đổi màu điện tử Điốt Điốt phát phát quang quang Vật liệu phủ đặt biệt Thiết bị điều khiển logic Thiết Thiết bị bị điều điều khiển khiển logic logic Các thành phần OLED Transitor Transitor hiệu hiệu ứng ứng trường trường Pin Pin mặt mặt trời trời Ứng dụng polyme dẫn điện dự trữ lượng Vật liệu catốt phóng điện chuyển dần từ dạng oxy hố sang dạng khử nạp đầy lại chuyển dần từ dạng khử sang dạng oxy hoá cao Điốt phát quang PLED (polyme light emitting diode) cấu trúc gồm có thuỷ tinh phủ ITO anôt dẫn điện suốt, lớp polyme ca tốt kim loại, lỗ trống điện tử thêm vào cation anion tương ứng lớp polyme phát quang 3 Thiết bị điều khiển logic Một số loại polyme dẫn có tính chất điện đặc biệt có độ dẫn tăng nhanh áp vào ứng dụng điều khiển logic tạo tín hiệu dạng số Transitor hiệu ứng trường Thiết bị hiệu ứng trường ứng dụng để cải tiến hoạt động thiết bị bán dẫn thông thường, hiệu ứng trường màng polyme điều khiển dịng cách mở hoạt động transitor mà không cần tiếp xúc N-P Sensor Sensor cung cấp thông tin trực tiếp thành phần hố học mơi trường Thiết bị đổi màu điện tử Một số polyme có thay đổi màu sắc chuyển từ dạng oxy hoá sang dạng oxy hóa khác dạng khử Do cách thay đổi điện áp vào màng ta thay đổi trạng thái màng polyme từ thay đổi màu sắc màng … Vật liệu phủ đặt biệt Màng PT đóng vai cathode bảo vệ kim loại, nguồn cung cấp chất ức chế chống ăn mịn kim loại, ngồi cịn màng oxit thụ động bền vững giống màng Crom bảo vệ kim loại Màng phủ chống tĩnh điện bề mặt, hấp thu sóng điện từ Các thành phần OLED Lớp dẫn (conductive layer) - lớp làm từ phân tử hữu dẻo có nhiệm vụ truyền tải lỗ trống từ anode Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp làm từ phân tử hữu dẻo (nhưng khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải electron từ cathode Pin mặt trời Dưới tác dụng ánh sáng, điện tử lỗ trống hình thành polymer (lớp hoạt động-active layer), hình thành exciton với xác suất định Trong pin mặt trời sử dụng màng polymer nhất, exciton (cặp điện tử- lỗ trống) bị phân ly bề mặt tiếp xúc điện cực/polymer truyền điện tích vào điện cực, tạo dịng điện mạch ngồi Thank you!