پلیمرهای رسانا: تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
ادغام شد |
اضافه کردن توضیحات بیشتر در مورد پلیمرهای رسانا برچسب‌ها: افزودن نویسهٔ تکراری افزودن فضای خالی زیاد ویرایشگر دیداری |
||
خط ۱:
* چگونگی رسانش الکتریکی
* سولیتون، پلارون و بای پلارون در پلیمرهای رسانا
* روش های رسانا کردن پلیمرها
* تفاوت‌های اصلی پلیمرهای ذاتا رسانا با پلیمرهای معمولی
{{رده-نیاز}}
{{ویکی‌سازی}}
سطر ۶ ⟵ ۱۰:
دوپه کردن پلیمر سبب می‌شود که:
انتقال بار صورت گیرد (توسط اکسایش یا دوپه کردن نوع p و کاهش یا دوپه کردن نوع n) یک بار مخالف به درون شبکه پلیمر نفوذ کند.
بتوان به‌طور همزمان با عمل دوپه کردن پتانسیل شیمیایی را کنترل کرد.
== چگونگی رسانش الکتریکی ==
همان طور که گفته شد، جریان الکتریسیته بی شک ناشی ازحرکت آزاد الکترون هاست. در جامدات که دارای شبکه ای گسترده از پیوندهای اتمی هستند، الکترون ها درون و میان حالت های مجزای انرژی نامگذاری می شود، حرکت می کنند. هر نوار انرژی ظرفیتی معین برای الکترون ها دارد و می تواند خالی هم باشد. برای انتقال جریان الزاما نباید نوار انرژی کاملا پر یا خالی باشد. در فلزات نوارهای انرژ کاملا پرشده نیستند؛ به این دلیل الکترون های موجود در آن ها تکرم و آزادی کافی برای رسانش الکتریکی دارند. نوار انرژی در اجسام عایق و نیمه رسانا کاملا پر یا کاملا خالی است. بالاترین نوار که الکترون اشغال کرده نوار والانس (VB) و پایین ترین نوار خالی که در بالای آن است نوار رسانایی (CB) نامگذاری می شود که با ویژگی های الکتریکی ذاتی(حقیقی) مواد محاسبه می شود.
در عایق ها این دو نوار با یک شکاف بزرگ انرژی از یکدیگر جدا شده اند. در نیمه رسانا ها این شکاف تا اندازه ای کوچک تر است؛ بنابرانی الکترون ها تنها با جذب انرژی از یک منبع گرمایی یا نوری می تواننند از این شکماف عبور کنند.
وضعیت الکترونی پلیمرها مانند عایق ها و نیمه رسانا هاست: نوار والانس آن ها پر و نوار رساناییشان خالی است و میان این دو نوار یک شکاف بزرگ انرژی (منطقه غیرمجاز) قرار دارد. پلیمرهای رسانا با تکرار پیوندهای دوگانه به طور مزدوج از پلیمرهای معمولی می شوند. در حالت خنثی و گونه نوار انرژی که مربوط به الکترون های است، وجود دارد:
1- اوربیتال های مولکولی پیوند نوار والانس (VB) را تشکیل می دهند؛
2- اوربیتال های مولکولی ضد پیوندی نوار رسانیی را تشکیل می دهند.
شکاف انرژی بین دو نوار به همان ترتیبی است که در نیمه رساناها وجود دارد: اغلب بزرگتر از 1eV (مانند پلی استیلن) است و گاهی به چندین الکترون ولت نیز می رسد ( مانند پلی تیوفن و پلی پیرول). این موضوع آشکارا علت نبود رسانی را در پلیمرهای رسانا در حالت خنثی، با وجود داشتن سامانه مزدوج بالای پیوندهای دوگانه ، بیان می دارد. بیشتر پلیمرهای رسانا در گذشته در حالت خنثی تهیه شده بوند ولی، به رسانایی آن ها تنها در دو دهه پیش، پس از فرآیند دوپه کردن، پی برده شد. در نیمه رساناهای معدنی خالص (مانند سیلیکون) نیز وضعیتی همانند حاکم است. در هر حالت، رسانش الکتریکی تنها در حالتی برقرار می شود که ناخالصی هایی مناسب برای ایجاد سطوج انرژی غیرمجاز در شکاف انرژی وجود داشته باشند. این سطوح باید به اندازه کافی به نوار رسانایی ( ناخالصی های الکترون دهنده که موجب رسانایی گونه n می شود) و یا متناوبا به نوار والانس (ناخالصی های الکترون پذیر که حفرات را در نوار والانسی ایجاد می کنند و به دنبال آن موجب ایجاد رسانش گونه p می شوند) نزدیک باشند. این مکانیسم بسیار ساده به درک مفهوم سولیتون، پلارون و بای پلارون، که مسئول افزایش رسانش الکتریکی در پلیمرهای رسانا هستند، کمک می کند.
رسانش الکتریکی در پلیمرهای ذاتا رسانا ناشی از حاملان متحرکی است که در اثر دوپه کردن در سامانه الکترونی به دست می آیند.
با دوپه کردن، یعنی با برداشتن الکترون ها از نوار والانس (دوپه مثبت)، یا افزدون الکترون به نوار رسانایی (دوپه منفی) بار الکتریکی به پیکره زنجیره پلیمری القا و موجب دگرگونی جزئی ولی مهم در موقعیت (ژئومتری) اتم های محل القای بار می شود. این دگرگونی جزئی یکی از سه گونه جزیره بار را (که سولیتون، پلارون و بای پلارون نامگذاری می شوند) به وجود می آورد.
در سطوح پایین دوپه کردن این بار ثابت اند و در سطوح بالاتر به دریای دژنره شکلی، که همانند رفتار فلزی است، تبدیل می شود به طوری که شمار زیادی از اتم های کربن را زیر پوشش می گیرد. بنابراین منطقه پیوند انرژی به دست آمده از این جزایر در شکاف انرژی گسترده تر می شود. حتی در دوپه کردن های بسیار بالا(یک عامل دوپه کننده به ازای یک مونومر) ناحیه سطوح انرژی به دست آمده از جزایر به قدری گسترش می یابد که با نوار های والانس یا نوار رسانایی همپوشانی می کند.
اندازه دوپه کردن عاملی بسیار مهم در اندازه رسانایی پلیمر است. زنجیره های کوتاه و ناخالصی ها، با ایجاد نقص در شبکه بلوری پلیمر، موجب کاهش رسانایی می شوند.
برای کنترل رسانایی در طول دوپه کردن، با به کارگیری عاملهای دوپه کننده کم خطرتر و یافتن روش های دوچه کردن آسان و قابل کنترل، کوشش هایی شده است. مانند جایگزین های دوچه کردن که در زیر آورده شده اند:
* کاشت یون
* دوپه کردن مشبک
* آنیله کردن
* و غیره
== سولیتون، پلارون و بای پلارون در پلیمرهای رسانا ==
پلیمرهایی با آرایش مزدوج اتم های کربن با هیبریدشدگی دارند که می توان آن را هیبرید شدن کربن همراه با یک اربیتال برای تشکیل پیوندهای در نظر گرفت. به این ترتیب، یک الکترون ناپیوندی در اربیتال وجود دارد که سامانه مزدوج را در پلیمر به وجود می آورد. برای نمونه: در پلی استیلن این سامانه مزدوج، که از الکترون های ناپیوندی به وجود می آید، نیمه پر است. در شبکه پلیمری، پیوندهای درون زنجیری قوی و برهم کنش های بین زنجیری ضعیف اند؛ به عبارت دیگر، الکترون های تنها در طول زنجیر پلیمر نامستقراند، بنابراین از دیدگاه الکترونی شبه تک بعدی هستند.
اگر در ساختار زنجیر پلیمر، الکترون های می توانستند آزادانه در طول زنجیر حرکت کنند، به عبارتی همه پیوندها طولی یکسان داشتند( کوتاه تر از پیوند ساده و بلند ت از پیوند دوگانه)، پلیمر می توانست مانند یک فلز رسانایی الکتریکی بالایی داشته باشد، ولی وضعیت الکترون های و طول پیوند ها به این صورت نیست.
در چنین ساهتارهای شبه تک بعدی معمولا یک واپیچیدگی ساختای از اتم های زنجیر به چشم می خورد؛ در نتیجه هر اتم کربن به اتم همسایه نزدیک تر و هم زمان از همسایه دیگر دور می شود.
در اثر این واپیچیدگی انرژی ترازهای کاهش و از سوی دیگر انرژی کشسانی پلیمر افزایش می یابد. رقابت این دو عامل سبب می شود طول پیوند به اندازه تعادلی برسد که برای نمونه: برای پلی استیلن 04/0-03/0 است. مستقر شدن الکترون ها و پیوندهای کوتاه و بلند موجب می شود میان نوار راسانایی و نوار والانس شکاف انرژی به وجود آید. در اثر ایجاد این شکاف، پلی استیلن نیمه رسانا می شود. اگر در زنجیره پلیمر اتم ها (یا مونومرها) با شماره های 1،2،3 و ... مشخص می شود، می توان پیوندها را به دو صورت گوناگون 1=2-3=4-5=6 و 1-2=3-4=5-6 در زنجیره قرار داد. این دو ساختار پیوندی را به ترتیب فاز الف و ب می نامند. روشن است اگر مونومرها یکسان و طول زنجیره ها برابر باشد، انرژی این ساختاهای پیوند یکسان خواهد بود؛ به عبارت دیگر در حالت پایه، دو تراز با انرژی یکسان وجود دارند.
در این نیمه رساناها، افزون بر برانگیختگی الکترون-حفره، گونه ای تازه از برانگیختی نیز وجود دارد که همان دیواره ای است که منطقه مربوط به هر یک از فازهای الف و ب ا در زنجیره پلیمر از یکدیگر جدا می کند و "بی قوارگی" نامگذاری می شود. در آغاز تحلیلی برای ضخامت این بی قوارگی ارائه نشد، ولی استدلال می کردند که ضخامت این دیواره نزدیک به چند اتم می رسد.
بعد ها مشخص شد که ضخامت واقعی این دیواره نزدیک به a14 که a تصویر رئوس اتم کربن مجاور در امتداد زنجیر پلیمری است.
== روشهای رسانا کردن پلیمرها ==
سطر ۳۳ ⟵ ۷۵:
== منابع ==
{{پانویس}}
1. W.M.Wright and G. W.Woodham, Conductive Plastics, Conductive Polymers and Plastics, Ed: M. Margolis, Chapman & Hall, ۱۹۸۹.
سطر ۴۸ ⟵ ۸۸:
[[رده:فناوری نوپدید]]
[[رده:مقاله‌های ایجاد شده توسط ایجادگر]]
[[رده:پلیمر]]
[[رده:رسانا]]
| |||