Polymer dẫn Cơ chế, Tổng hợp và Ứng dụng

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

VIỆN VẬT LÝ KĨ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN VẬT LÝ KĨ THUẬT

BÁO CÁO MÔN HỌC

Đề tài : Vật liệu polyme dẫn

Nội dung

hợp

Khái niệm

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

Polyme dẫn

Sự kết hợp giữa polymers liên hợp (- C = C – C = C -) và dopant (A-) làm cho các polymer trở thành các polymer dẫn điện.

Phân loại

1 Polyme dẫn điện do phụ gia

2 Polymer dẫn do quá trình “dopant”.

3 Polymer dẫn điện thuần

• Đặc điểm của loại này là người ta thường cho vào polymer các chất phụ gia có độ dẫn điện lớn, như bột kim loại.

1 Polyme dẫn điện do phụ gia

• Ta đưa thêm một số tạp chất hay tạo ra một số sai hỏng làm thay đổi đặc tính dẫn điện của các polymer và tạo ra bán dẫn loại N hoặc P tuỳ thuộc vào loại phụ gia ta đưa vào

• Chất cho điện tử như Natri hoặc Kali (doping loại n) hoặc bởi chất nhận điện tử như I2, AsF5 hoặc FeCl3 (doping p). 

2 Polymer dẫn do quá trình “dopant”.

• Các polymer dẫn điện thuần là các polyme có bản chất dẫn điện là do giá trị năng lượng miền cấm (Eg) rất nhỏ, thậm chí gần bằng 0eV.

3 Polymer dẫn điện thuần

Hình vẽ mô tả sự chuyển động của điện tử (.) và lỗ trống (+)

Cơ chế dẫn điện

• Khi dopant A nhận một điện tử từ polymer, một lỗ trống (+) xuất hiện Khi một dòng điện được áp đặt vào polymer, điện tử của nguyên tố C bên cạnh nhảy vào lỗ trống và cứ tiếp diễn như thế Sự di chuyển của điện

tử chỉ là sự di chuyển ngắn, nhưng nhờ sự di chuyển này lỗ trống (+) được liên tục di động dọc theo mạch polymer.

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp điện hóa

Phương pháp hóa học

• Với phương pháp điện hóa, phim polymer được thành hình trong một bình điện giải đơn giản, trong đó chất điện giải là monomer (thí dụ: pyrrole, aniline hay thiophene) và dopant được hòa tan trong nước hay một dung môi thích hợp Tại cực dương monomer bị oxít hóa kết hợp dopant và đồng thời trùng hợp thành phim.

Phương pháp điện hóa

Phương pháp điện hóa dùng bình điện giải để tổng hợp polypyrrole

• Trong phương pháp hóa học, monomer, dopant và chất oxid hóa (thí dụ: FeCl3) được hòa tan trong nước hoặc dung môi Phản ứng trùng hợp xảy ra cho polymer ở dạng bột.

Phương pháp hóa học

Ứng dụng

Ứng dụng của polyme dẫn điện trong dự trữ năng lượng

Điốt phát quang

Thiết bị điều khiển logic

Các thành phần của OLED Vật liệu phủ đặt biệt Thiết bị đổi màu điện tử

Sensor Ứng dụng của polyme dẫn điện trong dự trữ năng lượng

Điốt phát quang

Thiết bị điều khiển logic

Thiết bị điều khiển logic

Vật liệu phủ đặt biệt Thiết bị đổi màu điện tử

Sensor Ứng dụng của polyme dẫn điện trong dự trữ năng lượng

Điốt phát quang

 Thiết bị điều khiển logic

Ứng dụng của polyme dẫn điện trong dự trữ năng lượng

1. Ứng dụng của polyme dẫn điện trong dự trữ năng lượng

1. Ứng dụng của polyme dẫn điện trong dự trữ năng lượng

Vật liệu catốt khi phóng điện thì nó chuyển dần từ

dạng oxy hoá sang dạng khử và khi nạp đầy thì nó

lại chuyển dần từ dạng khử sang dạng oxy hoá cao

nhất

2 Điốt phát quang

PLED (polyme light emitting diode) là một cấu trúc gồm

có nền thuỷ tinh phủ ITO như anôt dẫn điện trong suốt, lớp polyme ở ngoài và ca tốt kim loại, những lỗ trống điện

tử được thêm vào bởi cation và anion tương ứng trên lớp polyme phát quang

3 Thiết bị điều khiển logic

Một số loại polyme dẫn có tính chất điện rất đặc biệt nó có độ dẫn tăng rất nhanh khi áp thế vào

do đó nó có thể được ứng dụng trong điều khiển logic và tạo ra tín hiệu ở dạng số

4 Transitor hiệu ứng trường

Thiết bị hiệu ứng trường đã được ứng dụng để cải tiến hoạt động của thiết bị bán dẫn thông thường, hiệu ứng trường trong màng polyme sẽ điều khiển dòng và bằng cách đó nó mở ra hoạt động của transitor mà không cần các tiếp xúc N-P

5 Sensor

Sensor cung cấp thông tin trực tiếp về thành phần hoá học và môi trường

6 Thiết bị đổi màu điện tử

Một số polyme có sự thay đổi màu sắc khi chuyển

từ dạng oxy hoá này sang dạng oxy hóa khác hoặc dạng khử Do đó bằng cách thay đổi điện áp vào màng ta có thể thay đổi trạng thái của màng polyme

và từ đó thay đổi màu sắc của màng …

8 Các thành phần của OLED

Lớp dẫn (conductive layer) - lớp này được làm từ

các phân tử hữu cơ dẻo có nhiệm vụ truyền tải các lỗ trống từ anode

Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp này được làm từ

các phân tử hữu cơ dẻo (nhưng khác loại với lớp dẫn)

có nhiệm vụ truyền tải các electron từ cathode

9 Pin mặt trời

Dưới tác dụng của ánh sáng, điện tử và lỗ trống được hình thành trong nền polymer (lớp hoạt động-active layer), hình thành các exciton với xác suất nhất định Trong các pin mặt trời sử dụng màng polymer thuần nhất, các exciton (cặp điện tử- lỗ trống) bị phân ly tại bề mặt tiếp xúc điện cực/polymer và truyền điện tích vào các điện cực, tạo ra dòng điện ở mạch ngoài

Thank you!