有机共轭导电高分子的特性及应用

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：之前一些关于有机共轭导电高分子纳米线和薄膜的研究表明，导电高分子纳米结构的电学性质往往取决于聚合物的结构。其中，导电高分子的掺杂可以通过掺杂无机或者有机分子来实现，而通过掺杂得到的导电高分子材料，则具备单纯共轭高分子材料所不具备的性质。

一维纳米材料包括纳米线、纳米管和纳米带等多种形貌。由于其在光电器件和纳米器件等电子元件上有潜在的广泛应用，因此目前有很多研究人员都在探索一维纳米材料的新型制备方法。有机π-体系共轭分子由于其有趣的电学、光学和光电性能等，从而被广泛应用于场效应晶体管、LED、光伏电池材料和电子学器件等多种相关的器件。共轭聚合物材料，也被称为有机半导体，在很多领域都具有很好的应用价值。相对于无机半导体材料而言，纳米线、纳米管和纳米阵列等有机π-体系共轭高分子纳米材料由于其独特的电化学和电子性能，以及具有易加工、韧性高等无机材料不具备的优势，目前被越来越多的人所关注。

有机π-体系共轭高分子材料可以通过简单的化学或者电化学方法制备得到，由于共轭高分子的溶解性较差，且较难得到大面积的单晶状态，因此共轭高分子一般很难通过自组装的方法得到规则有序的纳米结构。目前，作为导电聚合物的共轭高分子纳米结构的制备方法主要有硬模板法、软模板法以及无模板法。硬模板通常是指很薄（60 μm）的多孔氧化铝膜。一般使用硬模板可以采用加压注射（Pressure Injection）、气相沉积（Vapor Deposition）、化学沉积（Chemical Deposition）和电沉积（Electrode Position）等多种方法得到共轭高分子材料的一维纳米结构。其中，应用电沉积方法，可以通过调节电化学合成过程的条件来实现对纳米结构尺寸大小的控制。

一般来说，可以通过反应条件的精确控制来得到满足不同需要的纳米线和纳米管等一维纳米结构。例如，具有柔韧特征的纳米线和管壁厚度可控的纳米管就有可能应用在相关领域的纳米级电子器件中。另外，还可以采用有机导电高分子制得具有柔韧性的太阳能电池与储能材料。

之前一些关于有机共轭导电高分子纳米线和薄膜的研究表明，导电高分子纳米结构的电学性质往往取决于聚合物的结构。具体来说，影响导电高分子纳米材料电学性质的因素主要包括：聚合条件、掺杂浓度、平衡离子等。其中，导电高分子的掺杂可以通过掺杂无机或者有机分子来实现，而通过掺杂得到的导电高分子材料，则具备单纯共轭高分子材料所不具备的性质。在这部分工作中，所选的二吡咯单体是在两个电子给体的吡咯环中间通过芳香环或者其他电子受体桥相连，使该二吡咯分子的荧光由于π-体系的扩展而增强，这些功能使该材料在光电驱动技术中可能有较好的应用前景。本节通过电化学聚合结合AAO模板的方法成功制备出具有一维纳米结构的导电高分子PBPB的纳米线和纳米管。该部分工作的优势在于通过有效和精确的控制，很容易改变这种一维纳米材料的形貌和结构。同样，二吡咯聚合物PBPB的电学性质将与其中掺杂离子的种类、掺杂情况和掺杂浓度有直接的关系。

有机共轭导电高分子的特性及应用

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