昆山科技大学 环境工程系 专题研究报告 导电性聚噻酚的合成 指导 .doc

崑山科技大學 環境工程系 專題研究報告 導電性聚噻酚的合成 指導老師：林聰樂 班　　級：四環四Ａ 學　　生：吳唐興 中華民國九十九年五月目錄 表目錄 摘要 一、前言 二、文獻回顧 2-1導電性高分子簡介 2-2聚噻酚簡介 2-3導電問題與化學修飾 2-4影響導電度的因素 三、研究方法與實驗步驟 3-1研究器材 3-2實驗步驟 四、數據與結果 五、結論與建議 六、參考文獻 表目錄 表2-1 有機半導體的薄膜電晶體特性 表2-2 導電高分子的結構及導電度 摘要 導電性高分子具有導電、電致變色、非線性等諸性質，因此擁有多種用途，又如將導電性高分子在加以修飾或附加官能基，做成極薄的薄膜就有更多的用途可開發，如電色性（Electrochromism）、光色性（Photochromism）、光電變換（Photoelectric Cconversion）、化學發色光（Chemiluminescence）、觸媒作用(Catalyst)、分子識別性（Molecular Recognition）等功能。 聚噻酚（Polythiophene）在共軛高分子系統中是結構型態最豐富的高分子之一，其結構上的多變性也同時使其性質變化多采多姿，如半導體特性、導電性、發光性、熱穩定性…等等變化。本專題研究主要變化是探討合成聚噻酚（Polythiophene）之較佳條件及可溶解聚噻酚之溶劑。 前言 物質依其導電性原分為導體及絕緣體兩大類，金屬為導體，塑膠為絕緣體。至20世紀末期，導電性介於此兩者之間的物質開始受到重視，如鍺、矽等半導體物質。如今許多電子技術如電晶體、IC、LSI等，均是利用半導體發展出來的。 傳統上，有機高分子材料的導電性都相當低，所以自1930年高分子科學受重視後，半世紀來高分子的研究，可說偏重於機械性質及其絕緣性的探討，所以在應用上，一直以絕緣材料的形式出現。其原因，主要是高分子的共價鍵結有全滿的價帶，又具有較強的化學鍵，因而使價帶和導電帶之間有了較大的能帶間隙，所以要使價帶的的電子激發到導電帶就需要很大的能量，因此高分子材料的導電性一般都相當的低。 但是一般有機高分子具有下述的性質（1）低密度，質量輕。（2） 穩定性高，不易腐蝕。（3）加工性佳。（4）電容量大，有良好的異向性。（5）可進行各種分子設計等特性。因此，具有這種特性的材料如能賦予導電性，則不同於一般傳統的導電或電子材料，其用途將更為廣範。 典型的導電高分子材料，相較於導電性高分子，一般的有機高分子為絕緣體，必須添加金屬粉末，金屬纖維或石墨纖維等導電性材料才可以賦予導電性。共軛導電高分子具本質導電性，有別於一般摻雜金屬粉或導電級碳黑的高分子複合體，其主要特徵在於高分子主鏈是由交替的單鍵-雙鍵共軛鍵結（conjugated bonding）而成。 1970年代以後，導電高分子被合成出來，如聚以炔（PA）、聚比咯（PPy）、聚苯胺（PAh）、聚噻酚（PTh）、聚苯亞乙烯（PPV）等，多種多樣的導電性高分子被應用到防靜電、電容器、電池等方面，使導電性高分子的產業規模達每年1000億元日圓的規模，應用研究與實用化是否成功，不但決定於其技術的程度，也受競爭材料、競爭技術的水平、價格及社會需求等因素之影響。 其用途也常超乎研究當初之預期，例如導電性高分子原是期望取代銅線或無機半導體之目的，後來卻在電容器、二次電池方面成功地發展獨特的應用。如防靜電薄膜、機能性高分子電容器、高分子LED及二次電池…等用途。 文獻回顧 2-1 導電性高分子簡介 相較於導電性高分子，一般的有機高分子為絕緣體，必需添加金屬粉末、金屬纖維或石墨纖維等導電材料才能賦予導電性。此種情形嚴格來說，並非屬於真正的導電性高分子，應稱之為導電性材料，大都以電磁波屏蔽材料為主要研究目標。 然而，共軛性導電高分子為本身具有導電性的高分子，其主鏈是由共軛的單鍵及雙鍵交替鍵結而成，使得電子可沿著分子鏈或躍過分子鏈移動，因而具有本質（intrinsic）導電性。其導電度可由未摻雜前10-12～10-9 S/cm，增至摻雜後的103 S/cm 或更高，相差達1012～1015倍之多。依摻雜程度的不同，涵蓋了絕緣體、半導體及導體等材料的導電範圍。一般來說，可藉由控制導電高分子合成狀態或經由摻雜作用使得導電度改變。 導電性高分子具難造性和不良機械完整性的缺點，故其導電性受到限制。導電性高分子不甚安定，在空氣中易損失其導電性，因為電荷載體在氧化衍生物時；會以陽碳離子型態存在，此種狀態對水分子或空氣都極不穩定。 但有些導電性高分子卻相當穩定；例如氧化態的聚咇咯聚咇咯2或水分子都難以接近。無論氧化或摻雜的聚咇咯Metathesis）、乳化聚合、包容聚合（Inclusion）、固態聚合（Solid state）、電漿聚合（Plasma）、高分子先