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Conductivité électrique incroyable: comment le polyacétylène est-il promu en" métal plastique "en dopant?
polyacétylène (nom IUPAC: polyacétylène) a toujours été un représentant des polymères organiques, avec une unité répétitive avec une structure de [C2H2] n.Le concept de ce polymère provient de la polymérisation de l'acétylène, formant de longues chaînes avec des doubles liaisons alternées.Dans ce domaine, le polyacétylène est considéré comme étant de grande importance, car sa découverte dévoile non seulement la porte à la recherche sur les polymères conducteurs organiques, mais attire également une grande attention pour sa forte conductivité après le dopage.Cette découverte a suscité un intérêt suscité pour l'application de composés organiques en microélectronique, en particulier les semi-conducteurs organiques, et a reçu le prix Nobel de chimie en 2000.
La conductivité améliorée du polyacétylène a permis à ce matériau de se développer vers le léger et la procédabilité, et devrait devenir un matériau idéal pour le "métal plastique".
La structure du polyacétylène est formée à partir d'atomes de carbone, avec des liaisons simples et doubles entre l'autre; chaque atome de carbone est attaché avec un atome d'hydrogène.Ce polymère peut contrôler la synthèse de ses cis ou isomères trans en modifiant la température de réaction.Bien que la chaîne principale de polyacétylène ait des propriétés conjuguées, ses liaisons carbone-carbone ne sont pas complètement égales, mais il existe une alternance évidente des liaisons simples et doubles.Pour l'application du polyacétylène, son instabilité dans l'air et la difficulté de traitement, la possibilité de commercialisation est limitée.
Histoire du polyacétylène
Dans les recherches précoces sur le polyacétylène, les premiers polymères acétylène signalés étaient "Cuprène", ce qui a affecté des recherches ultérieures dans ce domaine.En 1958, Giulio Natta a d'abord synthétisé le polyacétylène linéaire, un polymère avec un poids moléculaire élevé et une cristallinité élevée, mais il a attiré peu d'attention en raison de sa sensibilité à l'air mortel.
Les expériences deCe n'est que lorsque l'équipe de recherche de Hideki Shirakawa a découvert que le polyacétylène linéaire pouvait être converti en films en argent, et la valeur de conductivité du polyacétylène a été reconnu jusqu'à cette époque.
Shirakawa et al. ont montré que lorsque le polyacétylène est dopé avec I2, sa conductivité est augmentée de sept ordres de grandeur.Cette découverte fait du polyacétylène une étape importante dans les matériaux conducteurs organiques.Avec d'autres améliorations et recherches, les scientifiques ont constaté que le cis-polyacétylène a une meilleure conductivité que le trans-polyacétylène, et l'utilisation d'autres dopants tels que l'ASF5 peut encore améliorer la conductivité, atteignant même un niveau proche de celui du cuivre.
Synthèse et dopage
Il existe de nombreuses méthodes de synthèse du polyacétylène, la plus courante est la polymérisation du gaz acétylène par le catalyseur de Ziegler-natta.Différentes configurations et conditions de catalyseur permettent aux scientifiques de contrôler avec précision la structure et les propriétés des polymères.De plus, le polyacétylène peut également être synthétisé par la polymérisation cyclique de la chaîne ouverte (ROMP), qui offre la possibilité d'introduction ultérieure de substances fonctionnelles.
Pendant le processus de dopage du polyacétylène, en l'exposant à la vapeur des composés d'accepter des électrons, la conductivité augmentera considérablement, ce qui signifie que le polymère suivra la direction des technologies électroniques émergentes.
Par exemple, les dopants de type p tels que BR2, I2, etc. peuvent améliorer efficacement la conductivité du polyacétylène, entraînant la formation d'un complexe de transfert de charge.Avec l'introduction de dopants de type N tels que le lithium, le sodium et le potassium, bien que leur augmentation de conductivité ne soit pas aussi évidente que le dopage de type P, des études correspondantes sont également en cours.
Propriétés et applications du polyacétylène
La structure et les propriétés du polyacétylène dépendent fortement des conditions de synthèse, qui peuvent obtenir des rapports CI / trans différents à différentes températures.La conductivité des films de polyacétylène a considérablement changé sans dopage, et il est encore plus étonnant après le dopage.
Bien que le polyacétylène ait une bonne conductivité à température ambiante, sa flexibilité et sa conductivité seront considérablement réduites après le contact de l'air, et même l'oxydation se produira.
Par conséquent, bien que le polyacétylène devrait jouer un rôle dans les applications de science de l'électronique et d'autres matériaux, les applications commerciales actuelles ne sont pas claires en raison de ses propres difficultés d'instabilité et de traitement.Les chercheurs peuvent tourner leur attention vers d'autres polymères conducteurs, tels que le polythiophène, la polyaniline, etc.
Ces difficultés et défis signifient-ils qu'à l'avenir, le polyacétylène peut encore percer ses limites et nous apporter de nouvelles possibilités d'application?
