導電聚合物:鏈段排好隊,才能導好電

2021-02-13 納米人

導電聚合物在電子和光學設備中有廣泛應用，其製備方法和合成條件顯著影響聚合物鏈段的取向、晶型，從而對導電聚合物電學性能產生重要影響。很多導電聚合物鏈段不是很「柔軟」，鏈段Kuhn長度在一個納米到幾十個納米範圍內，這種不是很「柔軟」的聚合物在一定條件下，比如溫度、濃度和溶劑質量情況下，就會表現出一定的液晶相結構，在這種結構中鏈段被拉伸，形成了比較規整的「隊形」。在導電聚合物中，大家都排成向列型液晶 「隊形」時，聚合物導電性能就會大幅度提高。

在導電聚合物中電荷的傳輸涉及到鏈段內和鏈段間的傳輸過程，聚合物鏈段電子結構、鏈段間的電子耦合強度都會影響這個過程，大家紛紛利用密度泛函理論、蒙特卡洛方法、Gauss disorder模型對這個過程進行模擬和預測。

本文要點

導電聚合物中的電荷傳輸涉及到多尺度過程，上述這些方法在應用過程中都遇到很大的挑戰：有的模型只能用於無定型聚合物，有的只能用在小分子上，當大家都排好隊，形成規整的向列型液晶隊形時，這些方法就顯得無能為力了。Marcus理論通過鏈段粗粒平均就可以很好的應用於多尺度導電聚合物的理論計算。

基於上述考慮，史丹福大學Spakowitz課題組研究了向列型液晶相對導電聚合物電荷遷移率的影響，從分子水平提出液晶相提高材料導電性能的機制，闡明了調控鏈段取向改善材料導電性能的可行性，預測了液晶高分子材料電荷傳輸潛能。

 

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參考文獻：

Paul E. Rudnicki, Andrew J. Spakowitz, et al. Impact of Liquid-Crystalline Chain Alignment on Charge Transport in Conducting Polymers, macromolecules, 2019.

DOI：10.1021/acs.macromol.9b01729.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.macromol.9b01729

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