聚3,4-乙撑二氧噻吩在乙醇中分散体的制备与应用文献综述

 2021-10-13 07:10

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文 献 综 述

1 前言

2000年H.Shirakawa,A.G.McDiarmid和A.J.Heeger因在导电聚合物这一领域所做的开创性工作而被授予诺贝尔奖。近几年来,有机导电杂环类聚合物引起了科学家们的广泛注意,而一种新型导电聚合物聚噻吩衍生物聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)更成为研究的热点[1]。聚3,4-乙撑二氧噻吩( PEDOT ) 是最重要的聚噻吩衍生物之一, 具有优异的环境稳定性和良好的电导率。 PEDOT 被认为是最有发展前景的导电高分子材料之一,在抗静电涂层、场效应管、发光二极管和有机光电子领域具有广泛的应用前景,并受到很多学者的关注[2-4] 合成。目前,合成PEDOT的方法主要有化学氧化聚合[5-8]、电化学聚合、化学气相沉积法等,其中应用最多的是化学氧化聚合法,该方法设备简单,且易于聚合。

EDOT化学氧化聚合方式如下: 单体EDOT被氧化为自由基阳离子(P+ ),自由基阳离子脱去2个质子形成二聚体,二聚体再被氧化成二聚体自由基阳离子,该自由基阳离子与单体自由基阳离子偶合形成三聚体,以此类推,最后聚合成PEDOT,从机理上该聚合属于逐步聚合,反应过程为: P (氧化)→ P; 2P→PP+2H; PP (氧化)→PP; PP+P→ PPP+H。 

导电聚合物是由交替的单双键组成的共扼大π键体系,电子在整个主链上离域,单体的分子轨道相互作用,最高占有轨道(HOMO)形成价带,最低空轨道(LUMO)形成导带。价带完全充满,导带全空,价带和导带之间存在能隙,即禁带。由于价带中的电子是定域的,对电导没有贡献,所以该聚合物的导电性完全取决于禁带宽度(Eg)。导电高聚物的能隙值(Eg)的大小一般为2.0~3.5eV,且电导率为10-10~106s/cm。根据能带理论[9],能带区如果部分填充,就可以产生电导。因此,减少价带中的电子(p型掺杂)或向空能带区中注入电子(n型掺杂)都可以实现能带的部分填充而产生导电现象。因此,掺杂是提高共扼聚合物电导率很重要的方法。掺杂的实质是将π轨道中的电子拉出或将电子填充π空轨道中,使其能量状态发生变化,减小能带差,增强聚合物导电能力[10],即在共轭高分子上发生的电荷转移或氧化还原反应。 通过化学氧化还原、电化学氧化还原、质子酸掺杂等化学方法和界面电荷注入、光激发等物理方法均可实现导电聚合物的掺杂。

应用

(1)PEDOT在抗静电涂料中的应用 静电现象造成的吸力、斥力、电击、放电等现象给加工和生产带来很大危害, 同时严重影响材料使用寿命。为了在实际应用中避免静电效应的发生, 大部分绝缘体经过抗静电处理后, 它们的导电性能可以得到大幅度提高, 从而使产生的静电荷能够以平和的方式得以消除或者根本不产生。PEDOT/PSS作为抗静电涂料有几个重要优点: ( 1) 涂布干燥后将不再溶于水或其它任何有机溶剂; ( 2) 物理、化学及热学性能稳定性和耐摩擦性非常好; ( 3) 导电态PEDOT/ PSS 为淡淡的天蓝色; ( 4) 加入不同的添加剂, 如N- 甲基吡咯烷酮、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇等可以大幅度提高PEDOT/ PSS膜的导电性能[11-13]。

(2)PEDOT在电解电容器中的应用 目前市场上主流电解电容器,主要是钽或铝固体电解电容器,正朝着小型化,片式化和高性能的方向发展。该类电容器的阴极材料主要采用MnO2 ,具有工艺环节繁多、电导率低(0.1S/cm),同时高温制备条件使阳极的介质氧化膜使电容器的性能比较差、制造过程中产生有毒的氮氧化物等缺点。PEDOT是制作电解电容器最被看好并已成功实现商品化的为数不多的材料之一[14,15] 。 使用PEDOT制成的电容器的电容量和液体电解电容器相当,但高频特性要好得多,且具有很多优点:工艺简单、节能、无污染、有机物可以结构修饰或选择其它掺杂剂调节PEDOT的性能等。

参考文献

[1]Groenendaal L B,Jonas F, Freitag D, etal.Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and its derivatives: past, present and future[J]. Adv. Mater, 2000 , 12 ( 7 ) : 481.

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