单组分聚丁二炔薄膜的导电性研究

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聚丁二炔类化合物是一种重要的共轭聚合物。其π电子可以沿着交替的碳-碳三键和碳-碳双键骨架高度离域,加上其有趣的发色团性质,聚丁二炔表现出优异的电学、非线性光学等特性。该类材料在有机电学器件、非线性光学器件、自愈合材料等领域具有潜在的应用价值。本文介绍了聚丁二炔类聚合物的结构性质、反应机理及形成条件。聚丁二炔类化合物通常是由丁二炔在凝聚态内拓扑聚合而成。对于确定的丁二炔类化合物来说,能否发生拓扑化学聚合,主要取决于其对应状态下分子的堆积方式。不同于其它的共轭聚合物(如聚乙炔的电导率是~10-6 S/cm),通常情况下,非掺杂的聚丁二炔类化合物晶体或薄膜的导电性能很低,只有~10-10 S/cm,这又使得它在电子器件上的应用受到限制。为了解决这个问题,本文主要研究如何提高单组分聚丁二炔的导电性。第1章中我们首先介绍了聚丁二炔类化合物的结构性质及研究近况;随后分析了聚丁二炔低导电性的原因并介绍了其他研究者提高其导电性的方法;最后引出了本研究的思路和方法:通过合成特征单体,构筑氢键网络来提高单组分聚丁二炔薄膜的导电性。第2章是合成实验部分。基于制备多组分共结晶薄膜困难的特点,我们设计并合成了两个带有末端羧酸基团的丁二炔单体1和2。第3章首先简单介绍了薄膜器件的设计及工作原理,再介绍了本论文薄膜器件的制备过程:在已经蒸镀好金电极的硅片上,滴上0.04 mol/L的单体的四氢呋喃溶液;该溶液在低温条件下缓慢干燥生成单体薄膜。第4章进行的是数据表征和性能测试。对于1号单体薄膜,经过光致聚合后所得到的聚合物薄膜的电导率达到2.8× 10-5S/cm。这比其它所有的聚丁二炔类薄膜的电导率都要大并且该电导率接近于未掺杂的聚乙炔。然而,2号单体薄膜聚合后的电导率依然很低(7.4×10-8S/cm)。总之,我们合成了两个带有双羧酸基团的丁二炔类单体1和2,并且使用这两种单体在镀有金电极的硅片上生成了聚合物薄膜。我们发现:(1)两端带有更长柔性链的丁二炔单体的成膜性更好;(2)在聚合物薄膜内,通过氢键网络将聚丁二炔链隔离开来,有利于提高材料导电性。我们的研究提出了使用氢键网络结构隔离聚丁二炔链提高聚丁二炔导电性的方法,该方法在电子领域会有一定的应用前景。
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