如何讲好聚合物的导电性(Ⅱ)——新型的载流子:孤子和极化子

传统导体的载流子是电子或空穴,但在具有一维链式结构的聚合物中电子已不是导电的载流子。由液体介质流动形式——"孤波"导出的孤子,以及由孤子和反孤子组成的极化子是导电聚合物除电子外的载流子。极化子和孤子流动所需要的能量比电子流动所需的能量小,所以首先启动的"载流子"不是电子,而是极化子和孤子。     

导电高聚物聚对二噻萘的电子能带

目前所研究的导电聚合物大都是一维或准一维链,显示出一系列独特的电、磁及光学特性,理论化学工作者们认为,对聚合物能带结构的透澈了解是认识其导电性及其它各种性能所必需的,本文将对新合成的导电高分子材料——聚对二噻萘(简称PDTN)进行电子能带计算,在计算中将PDTN视为准一维体系,所用方法为EHMO/CO半经验计算方法,为便于比较,还用相同方法计算了聚苯硫醚(简称PPS)的电子能带。     

供体-受体型共轭聚合物电子结构和导电性能的理论设计

以苯并[1,2-c:4,5-c']二[1,2,5]噻重氮和吡嗪并[2,3-g]喹喔啉为电子受体(A),噻吩、噻吩并[3,2-b]噻吩和二噻吩并[2,3-b:2',3'-d]噻吩为电子供体(D),设计了6种D-A型共轭聚合物.采用B3LYP方法,研究了这6种聚合物的几何结构和电子性质.D-A型共轭聚合物的几何结构和电子结构与电子供体和电子受体的性质,特别是与其提供电子和接受电子的能力密切相关.聚合物的能隙主要受键长交替控制,键长交替越小,能隙越窄.所设计的6种聚合物中,p-BBT-TT具有较窄的能隙(0.48 eV)、较小的载流子有效质量和相对较大的能带宽度,具备理论上的良好导电性能,可能是潜在的优良导电聚合物材料.     

电解聚合法合成导电高分子

一、引言有机化合物的电子受σ轨道束缚不能移动,有机物晶体多为分子晶体,分子间的作用力非常小,所以有机化合物是众所周知的绝缘体.要使有机高分子赋于导电性,必须设想种种途径,用低的能量就能产生大量载流子,并使载流子有很好的流动性.对高分子来说,使π轨道重叠,产生π共轭和加强分子之间的作用是导电高分子的结构条件.聚乙炔作为具有最简单共轭双键的导电高分子首先受到人们的注意.自1977年发现掺杂后聚乙炔具有接近金属的导电能力后,出现了研究导电高分子的新浪潮.人们以对聚乙炔的研究为开端,逐步拓展     

功能化改性聚硅烷的研究进展及应用前景

聚硅烷是一类主链由连续Si原子组成的聚合物,其主链具有类似于大π共轭的σ-σ共轭结构.这种特殊结构使得线型聚硅烷既具有与普通大π共轭导电聚合物相似的电导行为,又具有其它导电聚合物所不具备的优良溶解性和可加工性,是一类潜力巨大的功能高分子材料.但单纯聚硅烷的光致/电致发光和导电性能与其它功能高分子材料相比还不够突出,自身对水分和空气比较敏感,需要对其进行改性.本文对聚硅烷的结构与性能之间的关系进行了归纳,对聚硅烷的改性方法进行了详细分类并综述,并对聚硅烷的应用方向和研究进展进行了总结,最后对功能化聚硅烷的应用前景进行了展望.     

无机-有机复合聚合物:材料研究的一个新领域

无机-有机复合聚合物特别是类分子筛聚合物、类多层钙钛矿和仿生物材料的合成及其应用研究成为近几年来一个热门的研究领域。我们瞄准了这一前沿领域并合成和表征了以下四个系列具有纳米孔洞的分子笼和一维、二维或三维的新型无机聚合物:(1)带有纳米尺寸空腔和孔状结构的新型过渡金属和稀土金属聚合物;(2)含有螺旋链的一维链状聚合物;(3)具有石墨形态层状结构和优异导电性能的聚合物;(4)以强金属-金属相互作用为核心、有机分子为稳定外壳的纳米线聚合物。本文总结这四个系列化合物的合成结构和特性。     

共轭聚合物的结构缺陷及对光电性能的影响

共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系,具有独特的光、电、电化学等性质,已经引起学术界的广泛关注.由于共轭聚合物结构(链段、构象、聚集态)的复杂性,即使在非常精细的合成条件下,少量结构缺陷的形成也是难免的.共轭聚合物,特别在其固态状态下激发能量能够有效传递,使得少量缺陷的影响被放大,对其光电性质产生巨大影响.因此对共轭聚合物结构缺陷的研究,包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析、缺陷的分子结构与电子结构特征等,对于高品质材料的研发具有重要的意义.本文对国内外研究进展进行了比较详尽的介绍.     

聚电解质链在中等受限凝胶网络中的“受挫”动力学

带电大分子在拥堵受限水环境中的运动对于许多生命过程以及生物大分子的运输与功能至关重要.以往人们认为处于受限环境下的高分子链都能进行自由扩散运动,且遵从爱因斯坦扩散方程.即使在最强烈的受限环境下,高分子链仍能进行一维无规扩散运动,其动力学符合管道模型.我们通过实验结合理论,设计凝胶网络尺寸与高分子链尺寸的比例来调控分子链受限环境的强弱,首次发现了大分子在中等受限环境下违背了爱因斯坦扩散方程,高分子整链是不能自由扩散运动的,但是一条链内的局部链段可以在每个凝胶网格内做多级局部松弛运动.其本质是高分子整链的质心运动需要其同时克服多个熵垒,从而实现一条高分子链在所有熵阱内的链段可以同时朝着一个方向做协同运动,而这在实验的观测时间尺度内几乎是不可能实现的,因此高分子链就被“困住”,形成一种能长期存在的非扩散型的亚稳态,我们将这一新型动力学定义为非扩散型拓扑动力学.本文首先对“受限环境”——带电水凝胶的物理性质进行介绍,第二部分介绍了带电大分子在浓溶液中的耦合动力学,最后介绍带电大分子在受限环境下的非扩散型拓扑动力学,包括由熵驱动的和由焓驱动的非扩散型动力学.     

聚二乙炴电子能带结构的研究

聚二乙炔(polydiacetylenes)具有平面的全共轭主链,并可被制备成宏观大小的单晶,因而是研究聚合物物理、化学性质的理想模型.它的物理、化学性质,特别是作为导电材料的导电机理与其价带及导带的结构密切相关.通过改变聚二乙炔的侧基可以对其主链几何结构及电子能带结构产生影响,进而改变其物理化学性质.可能是考     

链段的讨论

无论是在聚合物的结构部分 ,还是在聚合物的性能部分 ,链段 (Ｓｅｇｍｅｎｔ)这一术语出现在《高分子物理》教科书的始终。初学者抓住这一点 ,将大有益处。1　一种特殊的运动单元　　高分子材料品种繁多 ,性能千变万化。有的柔软而富有弹性 ,可作为橡胶使用 ;有的质地坚硬 ,几何尺寸稳定 ,可作为塑料、结构材料使用 ;有的可纺丝、成膜 ,可作为纤维和薄膜使用。高分子材料之所以具有不同于低分子材料的这些独特的性能 ,是因为高分子运动的复杂性。　　高聚物多层次的微观结构影响了它的分子运动 ;而聚合物的性能 ,特别是力学性能又是高聚物分…     

聚芳香炔铂太阳能电池的制备与性能

设计合成了2种聚芳香炔铂共轭高分子给体(聚合物1, 3)和一种芳香炔铂共轭高分子受体(聚合物2), 并对其光物理特性进行了研究. 聚合物3被激发后, 与聚合物2之间既可以发生激发单重态-单重态的电子转移, 也可以发生激发三重态-三重态的电子转移. 分别对聚芳香炔铂共轭高分子给体和芳香炔铂共轭高分子受体组成的太阳能电池的特性进行了研究. 其弱的光伏特性归因于明显的激发单重态-单重态电子转移过程及此类高分子较低的导电特性. 电致发光实验结果表明, 聚合物3的阳离子自由基主要由其激发三重态决定.     

长链正烷烃的受限结晶研究进展

聚合物的结晶过程和最终凝聚态结构直接影响材料的加工使用性能.作为高分子材料的最大品种,聚烯烃由于分子量大,分子量分布较宽,结晶过程中形成多种亚稳态,因而从分子水平上阐明其结晶机理存在困难.与聚乙烯链结构相似的长链正烷烃可作为聚烯烃的模型化合物,研究其受限结晶行为能为复杂的聚合物受限结晶提供理想的模型体系.长链正烷烃的受限空间可以分为一维受限薄膜、二维受限微孔、三维受限微乳液或微胶囊等.相对于本体,长链正烷烃在每个受限体系中的结晶行为各不相同,这主要来源于受限体系对成核、结晶以及相转变的影响.本文重点综述了长链正烷烃在3种受限体系中的结晶特点,并结合各个体系中聚合物的结晶特点,阐述了长链正烷烃作为聚合物模型化合物的合理性.     

末端含蓝光发色团的超支化聚苯材料的合成

在聚合物发光材料研究领域中,作为三元色之一的蓝色发光材料的设计与合成倍受关注．一维线型结构的聚对苯及聚烷基芴等是典型的蓝色发光材料;线型结构的聚对亚苯亚乙烯基(PPV)及聚对亚苯亚乙炔基(PPE)具有电子流动性好,在溶液中有高荧光量子效率也可衍生得到蓝色发光材料,这主要是在共轭聚合物主链上嵌入非共轭部分,     

静高压下邻苯二甲酸二辛酯增塑双酚A型聚碳酸酯体系中立体开放球晶的生长

通过加入增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP), 改变高分子链在压力作用下的运动能力, 培养出具有独特形貌、亚结构为折叠链晶体和三维立体的开放聚合物球晶.     

长侧基甲壳型液晶高分子的合成及性质研究

设计并合成了一系列尾链为不同长度烷氧基的长侧基甲壳型液晶高分子聚[2,5-二(4 ′-烷氧基联苯氧羰基)苯乙烯]( PnCbiPCS,n=4,6,8,10,14).这些聚合物都具有良好的热稳定性.偏光显微镜及一维和二维广角X射线衍射等研究结果表明PnCbiPCS这一系列聚合物均能形成稳定的近晶A相结构,所对应的层间距随...     

受体强度及D/A比对D-A型共轭聚合物几何结构和电子性质的影响研究

以Thieno[3,2-b]thiophene(TT)为电子供体(D),Benzo[c][1,2,5]thiadiazole(BT)、[1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline(Td Q)、和Benzobis[1,2,5]thiadiazole(BBT)为电子受体(A),设计了供体-受体摩尔比(D/A比)分别为1∶1和2∶1的6种供体-受体交替排列的D-A型共轭聚合物.采用杂化的密度泛函方法(B3LYP),在6-31G(d)理论水平下研究了其几何结构和电子性质.研究发现,电子受体接受电子的能力和D/A比对基于TT的D-A型共轭聚合物的几何结构和电子性质有重要影响.对于D/A比相同的聚合物,电子受体接受电子的能力增强,聚合链上桥键的键长缩短,供体环上的碳碳双键的平均键长(L_(AD))增大而碳碳单键平均键长(L_(AS))减小.对由相同电子供体和受体构成的聚合物,D/A比增加,桥键变长.电子受体对D/A比为2∶1的聚合物的性质影响有显明的规律.当电子受体接受电子的能力增强,聚合物的能隙(Eg)变窄、价带(W_(VB))和导带(W_(CB))变宽、载流子有效质量(m_H和m_L)减小.研究发现,p-TdQ-TT和p-BBT-DTT能隙窄,能带相对较宽、载流子有效质量小,可能是的潜在的本征导电聚合物材料.     

主链含电子传输型团的可溶性PPV聚合物载流子传输特性研究

合成了一种聚苯撑乙烯撑(PPV)主链上含有电子传输基团的新型结构电子聚合物(O-PPV).该低聚物的M_w=1000,T_g=197℃,可溶于氯仿和四氢呋喃.单层O-PPV器件的发光效率约为单层PPV器件的5～8倍.进一步构造了结构为空穴传输特性材料/O-PPV和O-PPV/电子传输特性材料的双层器件来研究O-PPV的载流子传输特性,实验结果表明,O-PPV是一种具有明显两性载流子传输的特性材料.     

石墨烯化聚合物:一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子能源材料

近年来,用于电化学能源存储和转化的石墨烯材料,得到了研究者们越来越多的关注。但是,这些石墨烯材料不同于严格定义的单原子碳层结构,往往具有孔洞、杂原子和化学官能团等缺陷结构。由于制备方法的不同,缺陷结构各不相同,其电化学性能也表现各异。结构分析表明,这类材料是由类似石墨烯片段的单元与聚合物链共价连接而成,使其具有石墨烯和聚合物的双重特性,我们称之为石墨烯化聚合物。由小分子通过自下而上的方法制备的多孔聚合物,也可以通过进一步热交联等方法,使其形成包含石墨烯片段单元与聚合物链的化学结构。这些材料与石墨烯衍生材料一起组成了石墨烯化聚合物的整个谱系;这个谱系涵盖了由聚合物到石墨烯的过渡区。更重要的是,这类材料特殊的结构与性质,使其成为一种兼具电子和离子传输通道的三维富碳高分子材料,非常适合作为电极材料应用于电化学能源存储和转化,这为我们深入研究储能器件中电极材料的结构与性能的相关关系提供了很好的材料平台。     

主链含噁二唑的离子传导型聚对苯乙炔衍生物的合成及发光性能

通过共聚合将噁二唑结构单元引入苯乙炔(PPV)主链,以改进电子注入与传输性能;用离子传导型的聚氧乙烯(PEO)链作为高分子的侧链.用该种聚合物制作的发光二极管(LED)与不含噁二唑的同类结构的共轭聚合物相比,性能明显提高,并制作了发光电池(LEC),对其性能进行初步研究.     

σ-π共轭共聚物的电荷掺杂效应

目前导电高分子材料主要集中在π-共轭的碳链体系和σ-共轭的聚硅烷体系.后来人们在聚合物主链或侧链同时引入π共轭性和σ共轭性的基团,形成σ-π共轭高聚物.这类材料掺杂后电导率能在较宽的范围内变化,从而赋予它们非常独特的光化学和光物理性质,可用作导体与半导体、光导体材料,以及非线性光学材料、光致抗蚀剂、电致发光装置中的发光二级管等,有可能成为方兴未艾的信息技术所必需的集成电子器件或集成光子器件中的关键材料之一.同π共轭和σ共轭体系相类似,σ-π共轭体系也只有在掺杂引入载流子的情况下才能导电.相比之下,对依赖于σ-π共轭体系的导电机理研究很少.例如,实验发现nSix(C=C)y掺杂后电导率先升高到10-3Scm-1后又降低到10-7Scm-1,这种现象在π共轭和σ共轭体系中并没有发现,至今也没有理论和实验解释.这类材料的导电性主要依赖于σ-共轭与π-共轭的组合程度以及它们的内部电子结构,因此开展这方面的理论研究工作是很必要的.本文选用了主链含有30个原子的nSix(C=C)y+进行了理论研究,以期为有目的地组合配置σ-共轭和π-共轭的组合结构开发新型光电功能材料提供理论支持.从能量最低稳定单元出发建立了计算模型并根...