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從絕緣到導電：導電聚合物是如何實現電流傳導的？
導電聚合物，或更準確地說，是內在導電聚合物（ICPs），這些有機聚合物可進行電流傳導。這些化合物可以擁有金屬導電性，或者作為半導體存在。導電聚合物的主要優勢在於易於處理，主要通過分散來實現。此外，儘管導電聚合物在電性上提供了高導電性，但其機械性能卻與其他商業聚合物有著顯著差異。這些聚合物的電學特性可以通過有機合成技術和先進的分散技術來精細調整。
導電聚合物的發展始於19世紀中期，當時亨利·萊希比首次描述了聚苯胺，他注意到不同氧化狀態下的顏色變化。
歷史
在導電聚合物的發展歷程中，聚苯胺的首次描述只是一個開始。1950年代，研究者報告了多環芳香化合物與鹵素形成半導體的電荷轉移複合鹽。這一時期的研究使得聚合物的導電潛力獲得了認可。
在1970年代初，科學家們證明了四硫富瓦烯的鹽幾乎顯示出金屬導電性，而1980年更是證明了超導現象。這些發現激發了對合成聚合物的廣泛研究，特別是配位和氧化還原的操作對導電性質的影響。
導電聚合物的類型
當今，主要的導電聚合物類型包括聚乙炔、聚吡咯、聚噻唑，及其共聚物等線性主骨架聚合物。聚（p-苯基烯）及其可溶性衍生物自然成為雖然較少研究但重要的導電聚合物。
聚（3-烷基硫酮）是目前用於太陽能電池和晶體管的典型材料。
合成方法
導電聚合物的合成方法多種多樣。大多數導電聚合物通過單環前驅物的氧化偶聯來製備，這涉及到去氫反應。儘管一些聚合物的溶解度較低，導致合成過程中的挑戰，研究者們已經提出了添加溶劑功能基團來提高可溶性的方法。
在合成的過程中，化學合成和電化學共聚合是兩種主要的方法。
電化學共聚合在製備高純度產品方面具有優勢，但其產量相對有限。
電導率的分子基礎
導電聚合物的電導率源於幾種過程。與傳統聚合物（如聚乙烯）相比，導電聚合物擁有的共軛結構使得其價電子能夠自由移動。這些共軛聚合物的電子帶結構，在進行掺雜（如氧化或還原）時，可形成一維電子帶，促使電子在這一帶內的流動。
在不同程度的掺雜下，導電聚合物的導電性可以增加幾個數量級。
性能與應用
導電聚合物在抗靜電材料中顯示出良好的潛力，並已被用於商業顯示器和電池中。文獻表明它們在有機太陽能電池、印刷電子電路、有機發光二極管、電致變色裝置等領域同樣具有前景。
新型納米結構的導電聚合物，特別是在納米纖維和納米海綿形式中，能顯著提高電容值。
電致發光現象
電致發光是由電流刺激而產生的光發射，這種現象在導電聚合物中變得愈發重要，因為它可以用較低電壓產生實用量的光，這使得有機LED和光學放大器的開發成為可能。
應用障礙
儘管導電聚合物的應用潛力巨大，但其氧化掺雜的需求造成了一些挑戰。這類材料的性質決定了其在有機溶劑中的溶解性，這使得處理更為困難。
近場趨勢
近期的重點在於有機光電二極管和有機聚合物太陽能電池的研究。以PEDOT為例，這種聚合物正在多種商業應用中得到廣泛運用，包括透明導電層和印刷電路板的生產。
當前的研究趨勢顯示，導電聚合物的潛力仍未被完全發掘，它們在未來的先進科技中有可能扮演重要的角色，人類是否能夠在這一領域持續推進，開啟新的電導材料科技？
