有机导电塑料.PDF

导电材料的新领域： 有机导电塑料 • 美国科学家艾伦·黑格、艾伦· 马克迪尔米德 以及日本科学家白川英树由于在导电聚合物 领域的开创性贡献，荣获2000年诺贝尔化 学奖。 · 白川英树 艾伦 马克迪尔米德 · 艾伦黑格 开创的新视角——塑料，即有机聚 合物是可以导电的 他们通过掺杂使聚乙炔薄膜的电导 , 率提高了十二个量级达到 103( ·cm) -1, , Ω 成为良导体从而出 现了导电聚合物继而人们发现取向 掺杂聚乙炔膜的电导率能高达 105( Ω·cm) -1,可与铜媲美。 ·1974年首次聚合成聚乙炔薄膜,为绝缘体。 程 历 展 发 的 来 十 三 近 ·1977 , , 年通过掺杂使聚乙炔薄膜成为良导体可以与铜媲美。 ·1979 , 年提出孤子理论较好地解释了聚乙炔的异常特性。 ·1987年用有机小分子薄膜材料研制成有机发光二极管, 1990年研制成功有机发光二极管(OLED) 。 ·1995年研制成一种新型聚合物发光器件(LEC),工作电压可低于3V, 并且可用铝作电极。 ·2000 , , 年用高质量的多并苯有机分子晶体制成场效应管 , 观察到分数量子霍尔效应并制成电注入有机激光器。 ·2001年研制成有机分子场效应管,推动了分子电子学的新进展。 导电机理 共轭大π键体系 聚乙炔分子键 然而, 未经掺杂处理过的聚乙炔是不导电的 这是为什么呢? • 在一维晶格中碳原子的P 轨道分裂成能带, Z 能带中的能级数为碳原子数N,考虑到电子 自旋,该能带可容纳2N个电子。每个碳原子 提供一个π电子,N个π电子占据该能带的 一半。如此,该材料应呈金属性。然而,实验 测量结果表明,本征的聚乙炔不是导体,而是 绝缘体。 理论推测与实验结果不符的原因在于碳原 子等间距排列并非是系统的最低能量状态 聚乙炔中，碳原子为两两相聚的二聚化 状态。 , a 2a; 与等间距排列相比 晶格常数由 增为 布里渊区缩小 , -1/2a 1/2a