Vodivý polymer

Vodivý polymer je polymer, který se chová jako vodič nebo polovodič elektrického proudu. Mezi nejznámější vodivé polymery patří polyanilin, polypyrrol a polyacetylen.

Historie

V roce 1963 popsali Australan D.E. Weiss se spolupracovníky ^[1] poměrně vysokou elektrickou vodivost polypyrrolu po oxidaci (dopování) jodem. Práce však nevyvolala velký ohlas, podobně jako některé další pozdější pionýrské objevy. Objev vodivých polymerů je proto přisuzován až Američanům Alanu J. Heegerovi a Alanu MacDiarmidovi a Japonci Hidekimu Širakawovi, kteří v roce 1977 popsali kovovou vodivost polyacetylenu dopovaného jodem. V roce 2000 za tento objev získali Nobelovu cenu za chemii.

Elektrická vodivost konjugovaných polymerů

Běžné organické polymery, jako např. polystyren, polyethylen nebo polymethylmethakrylát, jsou elektrické izolanty, s pevně vázanými valenčními sp³ hybridizovanými elektrony. Pokud se ve struktuře (v hlavním řetězci) polymeru pravidelně střídají jednoduché a dvojné (případně trojné) chemické vazby, jde o konjugovaný polymer. Elektrony v sp² hybridizaci jsou v takovém polymeru více či méně delokalizovány, což mj. vede k tomu, že se povaha jednoduchých vazeb začne podobat dvojným vazbám a naopak - podobně jako v molekule benzenu a dalších aromatických uhlovodíků. Přesto jsou takové polymery obvykle v čistém stavu izolanty nebo polovodiče a elektrické vodiče se z nich stávají až účinkem dopování sloučeninami, které polymeru odebírají elektrony nebo je naopak do polymeru dodávají (např. alkalické kovy nebo halogeny). Pohyblivost elektronů a/nebo dalších nosičů elektrického náboje po polymerním řetězci se tím výrazně zvýší. Elektrická vodivost může dopováním vzrůst o několik řádů a dosáhnout vodivosti mědi nebo stříbra.^[2]

Vlastnosti a využití vodivých polymerů

Ve srovnání s anorganickými polovodiči nebo vodiči jsou organické polymerní polovodiče nebo vodiče obecně méně stabilní vůči vyšším teplotám a účinkům kyslíku i dalších chemikálií. Naopak mezi jejich výhody patří podstatně nižší energetická náročnost výroby, u některých z nich dobrá zpracovatelnost běžnými plastikářskými technologiemi (lití, lisování apod.), lepší mechanické vlastnosti (pružnost, ohebnost) a možnost jemně ladit jejich vlastnosti úpravou chemické struktury. Některé vodivé polymery se už proto komerčně vyrábějí, např. poly(3,4-ethylendioxythiofen) neboli PEDOT. Tento průhledný vodivý polymer se ve formě směsi se sodnou solí polystyrensulfonové kyseliny využívá např. jako antistatický prostředek. Další konjugované/vodivé polymery jsou nadějnými kandidáty pro využití v displejích na bázi organických svítivých diod (OLED ), v polymerních fotovoltaických článcích, v organických tranzistorech, v biochemických a chemických senzorech atd.

Reference

↑ High Conductivity in Polypyrroles
↑ [1] Heeger, A. J., Kivelson, S., Schrieffer, J. R. and Su, W. P., Solitons in conducting polymers, Reviews of Modern Physics, 60, (1988) S. 781. [2] Heeger, A. J., Nature of the primary photo-excitations in poly(arylene-vinylenes): Bound neutral excitons or charged polaron pairs, in Primary photoexcitations in conjugated polymers: Molecular excitons versus semiconductor band model, Sariciftci , N. S., Ed., World Scientific, Singapore, 1997. [3] Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers; Vol. 1-4, edited by H.S. Nalwa (John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 1997). [4] Handbook of Conducting Polymers; Vol.1,2 , edited by T.A. Skotheim, R.L. Elsenbaumer, and J.R. Reynolds (Marcel Dekker, Inc., New York, 1998). [5] Semiconducting Polymers; Vol. , edited by G. Hadziioannou and P.F.v. Hutten (WILEY-VCH, Weinheim, 2007). [6] J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns, and A. B. Holmes, Nature 347, (1990) S. 539-541. [7] N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, and F. Wudl, Science 258, (1992) S. 1474. [8] Sirringhaus H.. Device physics of Solution-processed organic field-effect transistors. Adv. Mater. 1, (2005) S.2411.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu vodivý polymer na Wikimedia Commons
Přehledný článek o vodivých polymerech
Souhrnný článek s důrazem na polyanilin^{[nedostupný zdroj]}
Stať o polymerních fotovoltaických článcích

"An Overview of the First Half-Century of Molecular Electronics" by Noel S. Hush, Ann. N.Y. Acad. Sci. 1006: 1–20 (2003).
Electronic Conduction in Polymers. III. Electronic Properties of Polypyrrole BA Bolto, R McNeill and DE Weiss , Australian Journal of Chemistry 16(6) 1090 - 1103.

[1] High Conductivity in Polypyrroles

[2] [1] Heeger, A. J., Kivelson, S., Schrieffer, J. R. and Su, W. P., Solitons in conducting polymers, Reviews of Modern Physics, 60, (1988) S. 781. [2] Heeger, A. J., Nature of the primary photo-excitations in poly(arylene-vinylenes): Bound neutral excitons or charged polaron pairs, in Primary photoexcitations in conjugated polymers: Molecular excitons versus semiconductor band model, Sariciftci , N. S., Ed., World Scientific, Singapore, 1997. [3] Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers; Vol. 1-4, edited by H.S. Nalwa (John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 1997). [4] Handbook of Conducting Polymers; Vol.1,2 , edited by T.A. Skotheim, R.L. Elsenbaumer, and J.R. Reynolds (Marcel Dekker, Inc., New York, 1998). [5] Semiconducting Polymers; Vol. , edited by G. Hadziioannou and P.F.v. Hutten (WILEY-VCH, Weinheim, 2007). [6] J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns, and A. B. Holmes, Nature 347, (1990) S. 539-541. [7] N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, and F. Wudl, Science 258, (1992) S. 1474. [8] Sirringhaus H.. Device physics of Solution-processed organic field-effect transistors. Adv. Mater. 1, (2005) S.2411.

[1]

[2]