聚乙炔

    聚乙炔 : 黑绿色乃至黑褐 色的粉末,也有的呈纤维状或膜状。高结晶 性的聚乙炔难氧化,而非晶性的则易被氧化 变成橙黄乃至黄色。 聚乙炔⋲CH⋺_x的分子 链大致在一个平面内成锯齿形构造延伸,按 其空间构型可分为顺式和反式两种。用于分 子中共轭π电子云的重叠,聚乙炔具有一定 的导电性,且其电导率随温度升高而提高,并 具有光导电性。
聚乙炔一般用齐格勒催化剂催化合成。 白川英树在1974年第一次用Ti(OC₄H₉)-Al (C₂H₅)₃催化合成了聚乙炔膜,但膜具有多 缺陷结构,很容易被氧化而发生降解。Mal Diarmid等人用HBF₄处理聚乙炔,使其稳定 性得到提高。1987年Naarmann等人改进了 白川英树的方法,在硅油中合成了聚乙炔,明 显提高了稳定性。最近制造成功了高密度的 聚乙炔薄膜,其耐氧化性有所改善,但成型 加工性差依然存在,既不能加热加压熔融加 工成型,也不能以溶液流延法加工成膜。
聚乙炔的主要用途是作为半导体,另外 还可用作固体推进剂、高能粘合剂和增 塑剂。
聚乙炔本身是半导体,如果对其添加适 当的掺杂剂就可赋予金属那样的导电性,用 不同的掺杂剂,可以对聚乙炔进行n型或p 型掺杂。实验证明,在相同掺杂浓度下,n型 掺杂比p型掺杂电导率小,所以n型掺杂剂 的导电效率要比p型掺杂剂低; 同型掺杂剂 的导电效率也有所不同,这和掺杂剂与聚乙 炔链之间的电荷转移量有关,可以说,掺杂 聚乙炔的电导率随着掺杂剂与聚乙炔链之间 的电荷转移量的增大而增大。聚乙炔的掺杂 方法有化学掺入法及离子注入法等,利用适 当的方法(如将上述两种方法结合使用),可 以形成具有整流二极管特性的p-n结,但聚 乙炔经掺杂后导电性的不稳定将影响p-n结 的稳定性 (整流比保持不变但电流密度将下 降),如能改进聚乙炔的稳定性,则可能制成 适用的半导体器件。
聚乙炔经掺杂后其电导率大大提高,其 性能与无机导体或半导体类似,但导电机理 却与一般无机导体或半导体不同,到现在尚 无定论,下面仅介绍一种。
1979年Su等人提出了SSH孤子理论 模型,认为聚乙炔中的导电载流子是一种元 激发——孤子,Kivelson以此为基础提出一 种导电机理,认为是通过荷电孤子和中性孤 子之间的电子跃迁导电; Yamabe还提出掺 杂剂辅助孤子跃迁模型,认为掺杂剂参与导 电,并通过微扰理论计算得出结论,有掺杂 剂参与比无掺杂剂参与的跃迁几率大得多。 由于利用孤子模型可以解释许多实验事实, 所以孤子模型被认为是解释聚乙炔导电性的 一种较好模型。