導入
製造されるほとんどの有機ポリマーは優れた電気絶縁体です。導電性ポリマー、より正確には真性導電性ポリマー(ICP) は、ほとんどの場合有機であり、シリコンと同様の構造を形成する非局在化結合 (多くの場合芳香族基) を持っています。 2 つのバンド間に電圧を加えると、電気伝導率が増加します。これがトランジスタです。ほとんどすべての既知の導電性ポリマーはバンド構造のおかげで半導体ですが、ゼロピッチポリマーは導体として金属のように動作します。導電性ポリマーと無機半導体の主な違いは電子移動度です。電子移動度は最近まで導電性ポリマー内ではるかに低かったのですが、その差は科学によって縮まり続けています。基礎化学への関心に加えて、この研究は、発光ダイオード、多数のビデオスクリーン、スーパーマーケットの新製品マーキング、写真フィルムの処理など、多くの最近の応用を生み出しています。
導電性プラスチックには、情報技術において大きな将来性があります。
発見
ポリピロールとポリアニリンは、1965 年からフランスで Jozefowicz、Yu、Buvet によって研究され、イタリアでは 1966 年から Dall’Olio と Bochi によってポリピロールが研究されました。
1970 年代に、3 人のアメリカの科学者は、ポリアセチレン フィルム (CH) xをドープすることによって (この場合、ヨウ素蒸気で酸化することによって)、その導電率が10 億倍増加し、その後、次のような金属の導電率と同等になることを実証しました。銅と銀。材料は光を発するため、その光学特性も変更されます。
ノーベル化学賞は、導電性高分子の発見と研究により、2000年にアメリカ人のアラン・J・ヒーガー氏、アラン・G・マクダーミド氏、そして日本の白川英樹氏に授与された。
物理的な
この導電率の増加はトランジスタ システムの特徴であり、電界効果トランジスタ (FET) によってシミュレートできます。したがって、これらのポリマーは有機 FET またはOFETです。
化学
次の表は、組成に従って分類された有機導電性ポリマーの例をいくつか示しています。主要なクラスは太字で示され、あまり研究されていないクラスは斜体で示されています。
| メインチェーンには以下が含まれます | ヘテロ原子なし | NHまたはNR | S |
|---|---|---|---|
| 芳香サイクル | ポリフルオレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン | N は芳香族環内にあります:ポリピロール (PPY) 、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン… N は芳香族環外にあります:ポリアニリン (PANI) | S が芳香環内にある:ポリチオフェン (PT) … S が芳香環の外側にある:ポリ(p-フェニレンスルフィド) (PPS) |
| 二重結合 | ポリアセチレン (PAC) | ||
| 芳香環と二重結合 | ポリ(p-フェニレンビニレン) (PPV) |
ドーピング
シリコンベースの半導体では、いくつかのシリコン原子が過剰な電子（リンなど）または不足しているイオン（ホウ素など）に置き換えられ、N 型または P 型になります。この技術はドーピングとは異なります。ポリマーは、系を酸化（または還元）する化学試薬を添加することでドープでき、電子が価電子帯から伝導帯に流れるようになり、系の導電性が高まります。
導電性ポリマーをドーピングするには主に 2 つの方法があり、どちらも酸化還元に基づいています。
化学ドーピング
1 つ目の方法は化学ドーピングと呼ばれ、メラニンフィルムなどのポリマーを酸化剤 (ヨウ素または臭素) または還元剤 (まれにアルカリ金属の使用を含む) にさらします。
電気化学的ドーピング
2 番目の方法は電気化学的ドーピングと呼ばれ、ポリマーで覆われた電極をポリマーが不溶な電解液に浸漬します。電極間に電圧が印加されると、溶液のイオンと電子が移動し、処理されたポリマーに付着するか、そこから放出されます。したがって、ポリマーの伝導帯レベルで電子の過剰 (N ドーピング) または欠陥 (P ドーピング) が得られます。
この方法は最も効果的な方法の 1 つですが、何よりも多くの研究から恩恵を受けている方法です。酸素の存在下では発生しない N ドーピングは、より簡単に実行できます。適切な手段で容器を真空にすることができます。
Nドーピングの弱点
過剰な電子を得ることから成る N ドーピングは、P ドーピングよりもはるかに一般的ではありません。実際、地球の大気は酸素が豊富で、酸化環境です。その後、N ドープされたポリマーは空気中の酸素と反応して過剰な電子を失い、再び中性に戻ります。したがって、N ドーピングは、ポリマーが不活性ガス(ほとんどの場合アルゴン) 中に維持されることを意味します。
これが、N 型導電性ポリマーが今日市販されていない理由であり、その寿命はいかなる用途にも短すぎます。
活用
導電性ポリマーの共役（またはハイブリッド形成）により蛍光が促進され、発光システム（LED または DEL、OLED）および有機太陽光発電システムの開発が可能になります。
このようにして、私たちは非常に薄く (1 センチメートル未満) 非常に柔軟なスクリーンとセンサーの誕生を見てきました。そのサイズ記録は、2005 年 5 月にサムスン社によって対角105 cm で保持されています。
プロパティ
ポリマーの主な利点は、製造が容易であることです。導電性ポリマーは単純なプラスチックであるため、エラストマーの柔軟性、耐性、弾性と、金属またはドープされたハイブリッドポリマーの導電性が組み合わされています。