导电聚合物纳米结构的电学性能研究

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微/纳米结构导电聚合物具有多种新颖而独特的性能,是当前科学研究的热点之一,在分子器件和纳米电子器件等领域具有潜在的应用前景。导电聚合物微/纳米结构可以采用模板法、无模板法和电纺丝技术等方法制备。本论文主要研究了利用模板法、无模板法制备的单根导电聚合物纳米纤维的电学输运性质,导电聚合物纳米结构和金属构成的肖特基结的整流效应,光功能异构化的聚苯胺自支撑薄膜的整流效应。研究了利用低功函数金属(Al和In)和导电聚合物纳米结构(聚苯胺PANI和聚吡咯PPy)制备的异质结的整流效应。发现异质结Al/PANI/Ag(γ=5,±6V)相比In/PANI/Ag(γ=1.6,±2V)具有更高的整流比。另外,异质结Al/PPy/Ag (γ=3.2,±1.6V)较In/PPy/Ag (γ=1.2,±3.0 V)具有更高的整流比。利用热电子发射理论对整流曲线拟合分析,讨论了金属功函数以及温度对整流效应的影响。通过氮基取代反应制备了HCl掺杂的包含偶氮苯支链的聚苯胺自支撑薄膜。薄膜的一面经过紫外光照射,发生顺反式异构化。通过对薄膜的电学性能的测量发现其具有整流效应。并进一步发现在薄膜的两面之间形成了异质结。其在室温下T=300 K的整理比γ=4(±0.02 V),在低温下T=77 K的整流比γ=20(±0.06V)。研究讨论了不同温度下单根导电聚合物聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)等纳米纤维的电学输运机制。测量了单根纳米纤维在2‘K-300 K范围内的电流-电压(I-V)曲线,发现其表现出明显的随温度、偏压变化的非线性特征。利用FIT(fluctuation-induced tunneling)-Kaiser模型对非线性的电流-电压曲线进行拟合,发现高温、高偏压区域拟合较好,但低温或低偏压区域发生“偏离”,这种“偏离”可能是由于在较低温度下,电子之间相互作用加强所导致的。
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