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《導(dǎo)電高分子材料（下）ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、3.3電子導(dǎo)電高分子材料01/72一、導(dǎo)體1、良導(dǎo)體（金屬）是那些最高能帶未被完全填滿的固體1s2s2p3s鈉(1s22s22p63s1)晶體能帶滿帶半滿帶空帶3p背景知識滿帶：各能級都被兩個自旋相反電子填滿的能帶02/72電子填充能帶的情況a、滿帶：各能級都被兩個自旋相反電子填滿的能帶滿帶當電子從原來狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一狀態(tài)時，另一電子必作相反的轉(zhuǎn)移。沒有額外的定向運動。滿帶中電子不能形成電流。03/72導(dǎo)帶電子可在外場作用下躍遷到高一級的能級形成電流。故稱為導(dǎo)帶。b、導(dǎo)帶：能級沒有被電子填滿的能帶c、空帶：各能級都沒有被
2、電子填充的能帶d、價帶：價電子所處的帶稱為價帶04/722、導(dǎo)體最上面滿帶和一個空帶重疊1s2s2p3s鎂(1s22s22p63s2)晶體能帶3s電子可分布在3s和3p能帶中滿帶未滿帶未滿帶3p能帶重疊05/72二、絕緣體最上面的價帶是滿的，同時和下一個空帶之間有幾個電子伏特(eV)能隙的固體。1s2s2p3s價帶(滿)導(dǎo)帶(空)3p絕緣體能帶能隙較大06/72三、半導(dǎo)體價帶和導(dǎo)帶之間的能隙小于約1eV左右價帶(滿)導(dǎo)帶(空)半導(dǎo)體能帶能隙較小絕緣體金鋼石氧化鋅氯化銀硫化鈣eV5.333.23.22.42半導(dǎo)體硅鍺碲
3、銻化錮eV1.140.670.330.23能隙(eV)07/72空帶滿帶禁帶-e-e-e-eIeIP????????????本征激發(fā)空穴電流導(dǎo)電機制：本征導(dǎo)電中的載流子是電子和空穴（本征導(dǎo)電）08/72價帶、導(dǎo)帶、金屬導(dǎo)電EnergyMetalbondingantibondingBandgapConductionband(antibonding)Valenceband(bonding)insulatorsemiconductor背景知識09/72電子導(dǎo)電高分子：具有共軛π鍵，其本身或經(jīng)過“摻雜”后具有導(dǎo)電性的一類高分子
4、材料。電子導(dǎo)電高分子的特點：高分子鏈上有共軛π鍵3.3.1電子導(dǎo)電高分子的定義與特點10/72n聚乙炔Nn聚吡咯Sn聚噻吩n聚對苯nCHCH聚苯乙炔nNH聚苯胺11/723.3.2電子導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電原理以聚乙炔為例：由于分子中雙鍵的π電子的非定域性，這類聚合物大都表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。C的四個價電子：三個成sp2雜化軌道，分別與一個H原子和相鄰的兩個C原子形成σ鍵，一個p電子成π鍵12/72(CH)x的價電子軌道13/72聚乙炔導(dǎo)電機理(P71-72)CHCHCHCHCHCHCHCH·········π空軌道（導(dǎo)帶）π
5、占有軌道（價帶）P電子軌道n14/72聚乙炔導(dǎo)電性聚乙炔導(dǎo)電率：順式：σ＝10-9s·cm-1反式：σ＝10-5s·cm-1電子在一維方向自由移動，可共軛體系中有能級差，p電子離域運動需克服能級差，所以電子運動受阻，電導(dǎo)率低摻雜后：σ＝103s·cm-115/72純凈的電子導(dǎo)電聚合物本身導(dǎo)電率并不高，必須經(jīng)過摻雜才具備高的導(dǎo)電性。摻雜是向空軌道注入電子，或是從充滿軌道拉出電子，改變π電子能帶的能級，出現(xiàn)半充滿能帶，減小能量差，減小電子或空穴遷移的阻力。16/72導(dǎo)電高分子的摻雜途徑 ——正摻雜與負摻雜氧化（正摻雜）(p
6、-doping):[CH]n+3x/2I2——>[CH]nx++xI3-[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+電子受體，氧化劑還原（負摻雜）(n-doping):從價帶中拉出一個電子通過氧化還原反應(yīng)完成電子轉(zhuǎn)移過程17/72摻雜后的聚合物形成鹽類，產(chǎn)生電流的原因并不是碘離子或鈉離子而是共軛雙鍵上的電子移動。正（p）-摻雜：碘、溴、三氯化鐵等負（n）-摻雜：堿金屬、奈基鈉等18/72正摻雜的聚乙炔導(dǎo)電示意圖：+A-氧化.聚乙炔極化子19/72摻雜原理實際上是一個氧化-還原過程，向空軌道注入電子，或是從充滿軌道拉
7、出電子，改變π電子能帶的能級，出現(xiàn)半充滿能帶，減小能量差，減小電子或空穴遷移的阻力。摻雜聚乙炔價帶和導(dǎo)帶的能量差Eg值隨共軛程度增加而逐漸降低，最終Eg值約為1.4eV。其它共軛高分子之Eg值則在1.0~3.5eV之間，這正是半導(dǎo)體材料的主要特征。金屬之Eg值約為0.5eV，而絕緣體之Eg值則遠大于3.5eV。20/723.3.3電導(dǎo)率的影響因素摻雜劑摻雜量溫度共軛鏈長度21/72摻雜量對電導(dǎo)率的影響摻雜率對導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響摻雜率小時，電導(dǎo)率隨著摻雜率的增加而迅速增加；當達到一定值后，隨摻雜率增加的變化電導(dǎo)
8、率變化很小，此時為飽和摻雜率。22/72共軛鏈長度對導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響23/72價帶和導(dǎo)帶的能量差Eg值與共軛程度的關(guān)系24/72溫度對導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電能力的影響對金屬晶體，溫度升高引起的晶格振動阻礙其在晶體中的自由運動；而對于聚乙炔，溫度的升高有利于電子從分子熱振動中獲得能量，克服其能帶間隙，實現(xiàn)導(dǎo)電過程。25/72
