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Unglaubliche elektrische Leitfähigkeit: Wie wird Polyacetylen durch Doping zum" Plastikmetall "gefördert?
Polyacetylen (IUPAC -Name: Polyacetylen) war schon immer ein repräsentativer organischer Polymere mit einer sich wiederholenden Einheit mit einer Struktur von [C2H2] n.Das Konzept dieses Polymers stammt aus der Polymerisation von Acetylen und bildet lange Ketten mit abwechselnden Doppelbindungen.In diesem Bereich wird Polyacetylen als von hoher Bedeutung angesehen, da seine Entdeckung nicht nur die Tür zur Erforschung von organischen leitenden Polymeren enthüllt, sondern auch große Aufmerksamkeit für seine hohe Leitfähigkeit nach der Doping auf sich zieht.Diese Entdeckung hat gewecktes Interesse an der Anwendung organischer Verbindungen in Mikroelektronik, insbesondere organischen Halbleitern, geweckt und wurde 2000 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.
Die verbesserte Leitfähigkeit von Polyacetylen hat es diesem Material ermöglicht, sich in Richtung Leichtgewicht und Verarbeitbarkeit zu entwickeln, und es wird erwartet, dass er ein ideales Material für "Plastikmetall" wird.
Die Struktur von Polyacetylen wird aus Kohlenstoffatomen gebildet, wobei sich jedes Kohlenstoffatom mit einem Wasserstoffatom befindet.Dieses Polymer kann die Synthese seiner cis- oder Trans -Isomere durch Ändern der Reaktionstemperatur steuern.Obwohl die Hauptkette von Polyacetylen konjugierte Eigenschaften hat, sind seine Kohlenstoffkohlenstoffbindungen nicht vollständig gleich, aber es gibt eine offensichtliche Abwechslung von Einzel- und Doppelbindungen.Für die Anwendung von Polyacetylen, seine Instabilität in der Luft und die Verarbeitung von Schwierigkeiten ist die Möglichkeit der Kommerzialisierung begrenzt.
Geschichte von Polyacetylen
In frühen Untersuchungen zu Polyacetylen war der früheste Acetylenpolymer "Cuprene", das spätere Forschung in diesem Bereich beeinflusste.1958 synthetisierte Giulio Natta zuerst lineares Polyacetylen, ein Polymer mit hohem Molekulargewicht und hohe Kristallinität, erfuhr jedoch aufgrund seiner tödlichen Luftempfindlichkeit wenig Aufmerksamkeit.
Die Experimente vonErst als das Forschungsteam von Hideki Shirakawa entdeckte, dass lineares Polyacetylen in Silberfilme umgewandelt werden konnte und der Leitfähigkeitswert von Polyacetylen bis zu diesem Zeitpunkt erneut anerkannt wurde.
Shirakawa et al.Diese Entdeckung macht Polyacetylen zu einem wichtigen Meilenstein in organischen leitenden Materialien.Mit weiteren Verbesserungen und Forschungen stellten Wissenschaftler fest, dass CIS-Polyacetylen eine bessere Leitfähigkeit als Trans-Polyacetylen aufweist, und die Verwendung anderer Dotiermittel wie ASF5 kann die Leitfähigkeit weiter verbessern und sogar ein Niveau nahe dem von Kupfer erreichen.
Synthese und Doping
Es gibt viele Methoden zur Synthese von Polyacetylen. Am häufigsten ist die Polymerisation von Acetylengas durch Ziegler-Natta-Katalysator.Verschiedene Katalysatorkonfigurationen und -bedingungen ermöglichen es Wissenschaftlern, die Struktur und Eigenschaften von Polymeren genau zu steuern.Darüber hinaus kann Polyacetylen auch durch Cyclic Open Chain Polymerisation (ROMP) synthetisiert werden, was die Möglichkeit für die anschließende Einführung funktioneller Substanzen bietet.
Während des Dotierungsprozesses von Polyacetylen wird die Leitfähigkeit dramatisch zunehmen, indem es dem Dampf von Elektronenakzeption ausgesetzt wird, was bedeutet, dass das Polymer der Richtung der aufkommenden elektronischen Technologien folgt.
Zum Beispiel können P-Typ-Dotiermittel wie BR2, I2 usw. die Leitfähigkeit von Polyacetylen effektiv verbessern, was zur Bildung eines Ladungsübertragungskomplexes führt.Mit der Einführung von N-Typ-Dotierstoffen wie Lithium, Natrium und Kalium, obwohl ihre Leitfähigkeitszunahme nicht so offensichtlich ist wie das Dotieren des P-Typs, sind auch entsprechende Studien im Gange.
Eigenschaften und Anwendungen von Polyacetylen
Die Struktur und Eigenschaften von Polyacetylen hängen stark von den Synthesebedingungen ab, die bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Verhältnisse von cis zu trans erhalten können.Die Leitfähigkeit von Polyacetylenfilmen hat sich erheblich verändert, ohne Doping zu dopieren, und es ist nach dem Dotieren noch erstaunlicher.
Obwohl Polyacetylen bei Raumtemperatur eine gute Leitfähigkeit aufweist, wird seine Flexibilität und Leitfähigkeit nach dem Kontakt mit Luft stark verringert und sogar eine Oxidation auftritt.
, obwohl erwartet wird, dass Polyacetylen eine Rolle in Elektronik- und anderen Materialien für Materialwissenschaften spielen, sind aktuelle kommerzielle Anwendungen aufgrund seiner eigenen Instabilitäts- und Verarbeitungsschwierigkeiten nicht klar.Forscher können ihre Aufmerksamkeit auf andere leitende Polymere wie Polythiophen, Polyanilin usw. wenden.
Bedeutet diese Schwierigkeiten und Herausforderungen, dass Polyacetylen in Zukunft immer noch seine Grenzen durchbrechen und uns neue Anwendungsmöglichkeiten bringen können?
