NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP REGIOREGULAR HEAD TO TAIL POLY(3-HEXYLTHIOPHENE)

Luận văn ThS về tổng hợp Poly(3-hexylthiophene) regioregular head-to-tail, quy trình, đặc tính vật liệu. Nghiên cứu chuyên sâu công nghệ vật liệu cao phân tử.

• Tác giả: Dương Hữu Thùy Trang
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Hữu Niếu
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Vật Liệu Cao Phân Tử Và Tổ Hợp
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Regioregular Head To Tail Poly(3-Hexylthiophene)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Poly 3 hexylthiophene Head to Tail

Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) là một polymer dẫn điện đầy hứa hẹn, thu hút sự quan tâm rộng rãi nhờ tính chất quang học, điện và khả năng hòa tan tốt. Nghiên cứu tổng hợp Regioregular P3HT với cấu trúc head-to-tail đang là xu hướng nhằm tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng điện tử hữu cơ, đặc biệt là pin mặt trời hữu cơ và transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFET). Mục tiêu của nghiên cứu là tổng hợp P3HT với khối lượng phân tử (Mn) > 7000 đvC và hàm lượng cấu trúc đầu nối đuôi trên 95%. Các nhà khoa học trên toàn thế giới đã đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực này. Cụ thể, có những công trình đã tổng hợp thành công P3HT với hàm lượng cấu trúc đầu nối đuôi – đầu nối đuôi trên 98% bằng các phương pháp khác nhau, đồng thời điều khiển được trọng lượng phân tử của polymer tạo thành với hiệu suất toàn quy trình trên 60%.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Vật Liệu Poly 3 hexylthiophene

Polymer dẫn điện đã được nghiên cứu từ những năm 1940-1950, tuy nhiên chỉ được biết đến như vật liệu cách điện. Đến trước năm 1970, khái niệm polymer dẫn điện vẫn được coi là vô lý. Polymer dẫn điện đầu tiên ra đời do sự lầm lỡ của một nghiên cứu sinh người Hàn Quốc, dẫn đến việc tổng hợp PA (polyacetylene) dạng phim màu bạc có tính đàn hồi. Sau đó, phim PA được cho tiếp xúc với khí iodine (I2) làm tăng độ dẫn điện của PA đến 1 tỷ lần, mở ra kỷ nguyên mới cho vật liệu polymer dẫn điện. Sự kiện này đạt đỉnh cao với giải Nobel Hóa Học năm 2000.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu P3HT Trong Và Ngoài Nước

Trên thế giới, nghiên cứu về P3HT đã đạt được nhiều thành tựu như tổng hợp P3HT với cấu trúc đầu nối đuôi cao, điều khiển được trọng lượng phân tử, nghiên cứu với nhiều điều kiện phản ứng và xúc tác khác nhau, kết hợp với các polymer khác tạo copolymer, phủ màng và ứng dụng thành công trong pin mặt trời, OLED,... Tại Việt Nam, nghiên cứu P3HT còn mới mẻ. Các polymer dẫn điện khác đã và đang được một số trường đại học và viện nghiên cứu quan tâm. Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Vật Liệu Polymer và Composite – Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM đã nghiên cứu tổng hợp màng mỏng poly(3,4-ethylenedioxythiophene) dẫn điện trong suốt và ứng dụng trong pin mặt trời.

II. Thách Thức Trong Tổng Hợp Regioregular P3HT Head to Tail

Mặc dù P3HT có nhiều ưu điểm, việc tổng hợp P3HT regioregular với cấu trúc head-to-tail không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Các yếu tố như chất xúc tác tổng hợp P3HT, dung môi tổng hợp P3HT, nhiệt độ tổng hợp P3HT, và thời gian tổng hợp P3HT có ảnh hưởng lớn đến độ regioregular, khối lượng phân tử, và độ đa phân tán của polymer. Một thách thức khác là loại bỏ các tạp chất và các đoạn polymer có khối lượng phân tử thấp để đạt được độ tinh khiết cao, điều này rất quan trọng cho hiệu suất của các thiết bị điện tử hữu cơ. Do đó, cần phải tối ưu hóa các điều kiện phản ứng và quy trình làm sạch để đạt được P3HT chất lượng cao.

2.1. Ảnh Hưởng Của Xúc Tác Đến Cấu Trúc Regioregular P3HT

Loại xúc tác sử dụng trong quá trình tổng hợp đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát độ regioregular của P3HT. Xúc tác nickel và palladium thường được sử dụng, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Xúc tác nickel (Ni(dppp)Cl2) có thể tạo ra P3HT với độ regioregular cao nhưng có thể đòi hỏi điều kiện phản ứng nghiêm ngặt hơn. Xúc tác palladium (Pd(PPh3)4) có thể dễ sử dụng hơn nhưng có thể cho độ regioregular thấp hơn. Việc lựa chọn và tối ưu hóa xúc tác là rất quan trọng.

2.2. Kiểm Soát Khối Lượng Phân Tử Và Độ Đa Phân Tán Của P3HT

Khối lượng phân tử và độ đa phân tán (PDI) ảnh hưởng đến tính chất điện và cơ học của P3HT. Việc kiểm soát các yếu tố này đòi hỏi sự điều chỉnh cẩn thận các điều kiện phản ứng, bao gồm tỷ lệ monomer/xúc tác, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Quá trình trùng hợp theo cơ chế 'step-growth' (tăng trưởng từng bước) có thể dẫn đến PDI cao, trong khi các phương pháp trùng hợp tiên tiến hơn có thể kiểm soát PDI tốt hơn.

III. Phương Pháp GRIM Tổng Hợp Regioregular P3HT Head to Tail

Phương pháp GRIM (Grignard Metathesis) là một phương pháp phổ biến để tổng hợp P3HT regioregular với cấu trúc head-to-tail. Phương pháp này dựa trên phản ứng giữa một monomer halogen hóa (ví dụ: 2-bromo-3-hexyl-5-iodothiophene) và một thuốc thử Grignard, sau đó là phản ứng trùng hợp với sự có mặt của một chất xúc tác chuyển kim loại. Ưu điểm của phương pháp GRIM là tính linh hoạt và khả năng tạo ra P3HT với độ regioregular cao. Tuy nhiên, cần phải kiểm soát cẩn thận các điều kiện phản ứng để tránh các phản ứng phụ và đảm bảo hiệu suất cao.

3.1. Cơ Chế Phản Ứng GRIM Và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng

Cơ chế phản ứng GRIM bao gồm nhiều bước, bắt đầu bằng sự hình thành thuốc thử Grignard từ monomer halogen hóa. Sau đó, thuốc thử Grignard phản ứng với chất xúc tác chuyển kim loại, tạo thành một phức chất hoạt động. Phức chất này sau đó phản ứng với các monomer khác, dẫn đến sự phát triển của chuỗi polymer. Các yếu tố như loại dung môi, nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng.

3.2. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Phản Ứng GRIM Cho P3HT

Để tối ưu hóa quá trình tổng hợp P3HT bằng phương pháp GRIM, cần phải điều chỉnh cẩn thận các điều kiện phản ứng. Điều này bao gồm lựa chọn dung môi phù hợp, kiểm soát nhiệt độ và thời gian phản ứng, và sử dụng tỷ lệ monomer/xúc tác tối ưu. Ngoài ra, cần phải loại bỏ oxy và độ ẩm khỏi hệ thống phản ứng để tránh các phản ứng phụ không mong muốn. Toluen và THF thường được sử dụng làm dung môi. THF (tetrahydrofuran) thường được sử dụng cần phải được chưng cất để đảm bảo loại bỏ nước.

IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Các Yếu Tố Đến Tổng Hợp P3HT Head to Tail

Nghiên cứu tập trung vào tính khả thi của việc tổng hợp P3HT tại Việt Nam, đồng thời khảo sát các yếu tố đã được nghiên cứu bởi các nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, một số yếu tố chưa được công bố trong các công trình khoa học trước đây đã được luận văn này nghiên cứu thêm, bao gồm khảo sát thời gian phản ứng tạo P3HT, khảo sát sự giảm cấp do nhiệt độ theo trọng lượng phân tử trung bình của P3HT, cũng như Tg theo trọng lượng phân tử trung bình của P3HT.

4.1. Khảo Sát Thời Gian Phản Ứng Ảnh Hưởng Tới P3HT

Thời gian phản ứng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khối lượng phân tử và độ đa phân tán của P3HT. Nghiên cứu đã khảo sát thời gian phản ứng từ 8 giờ đến 32 giờ và nhận thấy rằng thời gian phản ứng dài hơn có thể dẫn đến khối lượng phân tử cao hơn, nhưng cũng có thể dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn. Việc tìm ra thời gian phản ứng tối ưu là rất quan trọng.

4.2. Ảnh Hưởng Nhiệt Độ Đến Khối Lượng Phân Tử P3HT

Nhiệt độ phản ứng cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình tổng hợp P3HT. Nghiên cứu đã khảo sát nhiệt độ phản ứng từ 0°C đến 60°C và nhận thấy rằng nhiệt độ cao hơn có thể tăng tốc độ phản ứng, nhưng cũng có thể dẫn đến sự phân hủy của polymer. Do đó, cần phải tìm ra nhiệt độ tối ưu để cân bằng giữa tốc độ phản ứng và độ ổn định của polymer.

4.3. Tỉ Lệ Mol Monomer Xúc Tác Ni dppp Cl2 ảnh hưởng ra sao

Nghiên cứu với tỉ lệ mol Monomer/xúc tác Ni(dppp)Cl2 khác nhau. Với tỷ lệ mol từ 50/1 đến 280/1. Đây là 1 yếu tố quan trọng trong quá trình tổng hợp để điều khiển khối lượng phân tử P3HT. Thông qua các giản đồ GPC ta thấy sự thay đổi trọng lượng phân tử Polymer khi thực hiện phản ứng.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng P3HT Regioregular Head to Tail Cao

P3HT regioregular head-to-tail cao có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các thiết bị điện tử hữu cơ, đặc biệt là trong pin mặt trời hữu cơ, transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFET), và diode phát quang hữu cơ (OLED). Độ regioregular cao giúp cải thiện sự sắp xếp của các chuỗi polymer, dẫn đến tăng cường tính chất điện và quang. Do đó, P3HT regioregular head-to-tail cao có thể giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của các thiết bị này.

5.1. Ứng Dụng Của P3HT Trong Pin Mặt Trời Hữu Cơ

P3HT là một vật liệu hoạt động phổ biến trong pin mặt trời hữu cơ. Nó đóng vai trò là chất cho điện tử, hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Độ regioregular cao giúp tăng cường khả năng vận chuyển điện tích, dẫn đến cải thiện hiệu suất của pin mặt trời. Kết hợp với các vật liệu khác như fullerene, P3HT tạo thành lớp hoạt động hiệu quả trong pin mặt trời hữu cơ.

5.2. Ứng Dụng Của P3HT Trong Transistor Hiệu Ứng Trường Hữu Cơ OFET

P3HT cũng được sử dụng rộng rãi trong transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFET). Trong OFET, P3HT đóng vai trò là kênh dẫn điện, nơi các điện tích di chuyển dưới tác dụng của điện trường. Độ regioregular cao giúp tăng cường khả năng vận chuyển điện tích và cải thiện hiệu suất của OFET.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Phát Triển P3HT Tương Lai

Nghiên cứu về tổng hợp Poly(3-hexylthiophene) regioregular head-to-tail đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể. Việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng và quy trình làm sạch là rất quan trọng để đạt được P3HT chất lượng cao với độ regioregular cao, khối lượng phân tử kiểm soát và độ đa phân tán thấp. Các ứng dụng tiềm năng của P3HT trong các thiết bị điện tử hữu cơ là rất lớn, và việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này có thể mang lại những đột phá quan trọng.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Về Vật Liệu P3HT Trong Tương Lai

Các hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới để đạt được P3HT với độ regioregular cao hơn và khối lượng phân tử kiểm soát tốt hơn. Ngoài ra, cần phải nghiên cứu về độ ổn định của P3HT trong các điều kiện môi trường khác nhau và phát triển các phương pháp để cải thiện độ ổn định này. Cuối cùng, cần phải tiếp tục nghiên cứu về các ứng dụng mới của P3HT trong các thiết bị điện tử hữu cơ và các lĩnh vực khác.

6.2. Đề Xuất Giải Pháp Cải Tiến Và Ứng Dụng Mới P3HT

Nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các phụ gia và quá trình xử lý màng mỏng đến tính chất của P3HT có thể mở ra những ứng dụng mới. Việc kết hợp P3HT với các vật liệu khác để tạo ra các vật liệu composite có tính chất vượt trội cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn. Cần thúc đẩy hợp tác giữa các nhà khoa học và các doanh nghiệp để đưa các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình ngoài nước Lịch sử phát triển polymer dẫn ñiện ñến nay ñã gần bốn mươi năm, các nhà khoa học trên toàn thế giới ñã nghiên cứu một cách có hệ thống trên nhiều loại polymer có nối ñôi liên hợp khác nhau. Thông qua việc thống kê các bài báo cũng như những công trình khoa học ñã ñược công bố (xem phần tài liệu tham khảo), về lĩnh vực tổng hợp và ứng dụng P3HT ñã ñạt ñược các thành tựu như sau: • Tổng hợp thành công P3HT có hàm lượng cấu trúc ñầu nối ñuôi – ñầu nối ñuôi trên 98% bằng các phương pháp khác nhau, ñồng thời ñiều khiển ñược trọng lượng phân tử của polymer tạo thành với hiệu suất toàn quy trình trên 60%. • Nghiên cứu tổng hợp P3HT với các ñiều kiện phản ứng khác nhau bằng nhiều loại xúc tác khác nhau. • Kết hợp với các polymer khác tạo copolymer.

• Phủ màng và ứng dụng thành công vào các thiết bị ñã ñược ñưa vào thương mại như: Pin Mặt Trời, OLED, … 1.2 Tình hình trong nước Ở Việt Nam, ñây là lần ñầu tiên nghiên cứu tổng hợp P3HT. Bên cạnh ñó, các polymer dẫn ñiện khác ñã và ñang ñược một số Trường ðại Học và các Viện quan tâm nghiên cứu như: • Phòng Thí Nghiệm Trọng ðiểm Vật Liệu Polymer Và Composite – Trường ðại Học Bách Khoa TP. HCM ñã nghiên cứu tổng hợp màng mỏng poly(3,4- ethylenedioxythiophene) dẫn ñiện trong suốt và nghiên cứu khả năng ứng dụng làm ñiện cực ñối trong pin Mặt Trời. • Phòng Thí Nghiệm thuộc Bộ Môn Vật Lý Chất Rắn – Trường ðại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.

HCM nghiên cứu về các polymer dẫn, khả năng chế tạo và 16 ứng dụng chúng vào linh kiện bán dẫn, cụ thể là chế tạo và nghiên cứu các tính chất ñặc trưng của OLED. • ðại Học ðà Nẵng: Nghiên cứu chế tạo và khả năng ứng dụng của vật liệu nano composite trên cơ sở polymer dẫn ñiện như polypyrrole, polyaniline trong lớp phủ hữu cơ chống ăn mòn. • Viện Kỹ Thuật Nhiệt ðới và Viện Hóa Học (thuộc Viện Nghiên Cứu Khoa Học Và Công Nghệ Quốc Gia) tại Hà Nội nghiên cứu về ñặc tính chống ăn mòn của polymer dẫn ñiện. TS Nguyễn Hữu Niếu hợp tác với Trường ðại Học Sunkyunkwan (Hàn Quốc) nghiên cứu tổng hợp polymer dẫn ñiện trên cơ sở poly(3,4- ethylenedioxythiophene) với bài báo: “Thuy Le Truong, Nguyen Dang Luong, Jae Do Nam, Youngkwan Lee, Hyouk Ryeol Choi, Ja Choon Koo, Huu Nieu Nguyen, Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Vapor – Phase Polymerization on Glass Subtrate for Enhanced Surface Smoothness and Electrical Conductivity, Macromolecular Research, 15, 456 – 458, 2007”.3 Mục tiêu ñề tài Do ñây là lần ñầu tiên nghiên cứu tổng hợp P3HT tại Việt Nam, nên luận văn tập trung vào tính khả thi của ñề tài cũng như nghiên cứu khảo sát các yếu tố ñã ñược thực hiện bởi các nhà khoa học trên thế giới.

Tuy nhiên, chưa có công trình khoa học nào công bố khảo sát thời gian phản ứng tạo P3HT, khảo sát sự giảm cấp do nhiệt ñộ theo trọng lượng phân tử trung bình của P3HT, cũng như Tg theo trọng lượng phân tử trung bình của P3HT, và luận văn ñã nghiên cứu thêm các yếu tố này. Tổng hợp từ các bài báo ñã công bố, các tài liệu liên quan, cơ sở vật chất và ñiều kiện làm việc tại Việt Nam, mục tiêu của ñề tài ñược ñưa ra như sau: • Tổng hợp thành công P3HT với Mn > 7000 ñvC. • Polymer tạo thành có hàm lượng cấu trúc ñầu nối ñuôi – ñầu nối ñuôi trên 95%. 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử hình thành Polymer ñã ñược con người tổng hợp và nghiên cứu nhiều từ những năm 1940-1950, suốt một thời gian dài sau ñó, polymer cũng chỉ ñược biết ñến như một loại vật liệu cách ñiện.

Cho ñến trước năm 1970, khái niệm về polymer dẫn ñiện vẫn ñược xem là một ñiều vô lý. Thế nhưng cũng vào năm này, polymer dẫn ñiện ñầu tiên ñã ra ñời, sự việc xảy ra là do sự lầm lỡ của một nghiên cứu sinh người Hàn Quốc làm việc trong phòng thí nghiệm của Shirakawa ở Tokyo. Trong quá trình tổng hợp PA (polyacetylene), anh ñã dùng chất xúc tác có nồng ñộ 1000 lần lớn hơn ñộ qui ñịnh và cũng tổng hợp ñược PA nhưng không phải ở dạng bột ñen mà ở dạng phim màu bạc có tính ñàn hồi. Sau ñó Shirakawa ñã cộng tác với MacDiarmid và Alan Heeger làm việc tại trường ñại học Pennsylvania, phim PA ñược ñem ra khảo nghiệm trở lại và cho tiếp xúc với khí iodine (I2) làm tăng ñộ dẫn ñiện của PA ñến 1 tỷ lần.

Sau bước nhảy 1 tỷ lần PA từ trạng thái là vật cách ñiện trở thành một vật dẫn ñiện. Polymer dẫn ñiện ra ñời và ñỉnh cao là giải Nobel Hóa Học vào năm 2000 cho ba nhà khoa học lớn: Shirakawa, MacDiarmid và Alan Heeger [1]. Từ khi ñược khám phá, polymer dẫn ñiện ñã thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên toàn thế giới.1 cho thấy từ năm 1990 ñến 2000 có rất nhiều bài báo khoa học về polymer dẫn ñiện với hơn phân nửa tập trung vào việc tổng hợp ra vật liệu mới hoặc cải tiến vật liệu ñã có, kế ñến là nghiên cứu về tính chất vật lý và các cơ chế dẫn, và không ñến 20% số bài báo liên quan ñến các ứng dụng. Cho ñến nay các cuộc nghiên cứu vẫn ñược tiếp tục [1].

1 - Các bài báo khoa học về polymer dẫn ñiện từ năm 1990 ñến 2000 phân loại theo chủ ñề. Polymer chứa chất ñộn (Conductive element-filled polymer) ðể tạo polymer dẫn ñiện loại này, người ta thường cho vào polymer các chất ñộn có tính dẫn như than ñen, sợi kim loại, oxit kim loại, …. Tuy nhiên, tính dẫn ñiện có ñược không xuất phát từ bản chất của vật liệu polymer mà từ các chất ñộn thêm vào. Trong trường hợp này polymer ñóng vai trò như chất kết dính ñể giữ những chất dẫn ñiện với nhau trong thực thể rắn.

Tính dẫn của chúng bị chi phối bởi lý thuyết thẩm thấu, các electron di chuyển giữa các pha kim loại và tính dẫn ñiện sẽ giảm ở những nơi pha kim loại phân tán không ñều. Giới hạn trên của tính dẫn ñiện có thể lên ñến 10-1 S/cm, thành phần của chất ñộn chiếm 10-40 wt%. Vật liệu dẫn loại này thường có một số trở ngại như: • Tính dẫn của chúng cao hay không phụ thuộc vào ñiều kiện gia công. 19 • Thường hình thành lớp cách ñiện trên bề mặt.

Polymer dẫn pha tạp (Doped conducting polymer) Những polymer dẫn loại này có cấu trúc liên hợp (hình 2.2), khi ñược kích hoạt với hoạt chất sẽ trở nên dẫn ñiện. Hai ñiều kiện cần thiết là: • Nối ñôi liên hợp: trên mạch polymer có những nối ñôi và nối ñơn xen kẻ nhau. • Chất dopant: là chất có khả năng cho hoặc nhận ñiện tử. Dopant có thể là những nguyên tố nhỏ như iốt (I2), clo (Cl2), những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ có thể nhận ñiện tử cho ra những ion âm (anion) ñể kết hợp với mạch cacbon của polymer; dopant cũng có thể là ion dương (cation).

2 - Cấu trúc hóa học của một vài polymer liên hợp ða số các polymer có hệ thống π liên hợp là các chất bấn dẫn. ðể làm tăng ñộ dẫn ñiện, cần ñưa thêm các ñiện tích vào mạch polyme bằng 2 phương pháp: 20 : 2, FeCl3, … 2. Cặp (+
) ñược gọi là cặp ặp polaron. Khi hai polaron gần nhau (+ (+
) (+
), ), hai ñiện ñi tử (

) trở thành nối π, còn lại ại cặp ñiện tử (++) ññược gọi là bipolaron.

Polymer dẫn d thường tạo ra polaron ở mức ñộ doping thấp vvà tạo ạo bipolaron ở mức ñộ doping cao. Polaron và v bipolaron có thểể di chuyển dọc theo mạch polymer bằng cách sắp xếp lại các li liên kết ñơn và liên kết ñôi trong hhệ liên hợp. Sự ự di chuyển của polaron vvà bipolaron trong mạch polymer tạo nên ên các bậc b năng lượng và dải năng lượng ợng của polaron vvà bipolaron. Các bậc năng lượng ợng mới ñược ñ hình thành này tồn tại như các bậc ậc thang giúp ñiện tử di chuyển từ dải hóa trị ñế ñến dải dẫn ñiện ở bậc cao hơn mà không cần ần tốn nhiều năng llượng.

Nhờ ñó sự dẫn ñiện xảy ra. 4 - Quá trình acid doping Cấu trúc dạng leucoameraldine (2a) có thể bị oxy hóa thành dạng emaraldine (2b) mà không có sự tham gia của các ion ñối X-. Tuy nhiên, dạng emaraldine chỉ trở nên dẫn ñiện khi nó ñược xử lí bằng axít mạnh HX, cấu trúc (2c) và (2d) là hai cấu trúc cộng hưởng. Cơ chế dẫn xảy ra là do sự phân bố ñiện tích một cách tương ñối qua toàn mạch polymer.5 thể hiện ñộ dẫn của một số polymer sau khi dop so với kim loại và chất bán dẫn.

5 - Tính dẫn của một vài kim loại và polymer liên hợp ñã dop 2. Polymer dẫn ñiện nội phân tử Tương phản với các loại polymer dẫn ñiện do quá trình doping, các polymer dẫn ñiện nội phân tử có bản chất dẫn ñiện là do giá trị năng lượng vùng cấm Eg nhỏ. ðộ dẫn ñiện của chúng phụ thuộc chủ yếu vào mức ñộ chồng lấp của các orbital ñiện tử π giữa các monomer kế cận. Các polymer loại này ñang là ñề tài cho nhiều nghiên cứu trên thế giới vì nó tránh ñược quá trình doping phức tạp và khó ñiều khiển.

Quá trình làm giảm giá trị Eg sẽ làm tăng mật ñộ ñiện tử trên miền dẫn và làm tăng tính dẫn thuần của vật liệu. Một ví dụ ñiển hình nhất về loại polymer có giá trị Eg bé là hệ ñồng polymer hóa giữa 4-(Dicyanomethylene)-4H-cyclopenta[2,1b; 3,4b’] dithiophene và 3,4(ethylenedioxy)thiophene, giá trị Eg = 0,16 eV.3 Ứng dụng của polymer dẫn ñiện [3] • Diod phát quang (light emitting diode): làm từ polymer dẫn ñiện có ưu ñiểm hơn từ vật liệu vô cơ như dễ gia công trên nền có bề mặt lớn. Polymer có mạch kéo dãn có tính chất căng tốt (bền trong quá trình hoạt ñộng) và có khả năng tinh chỉnh các chất ñiện và quang (hình 2. 6 - Ứng dụng của polyme dẫn trong diod phát quang • Thiết bị ñiện sắc (electrochromism): gần ñây các nghiên cứu chủ yếu dựa trên các chất vô cơ, hữu cơ kim loại, hữu cơ phân tử và polymer dẫn ñiện.

Polymer dẫn ñiện sẽ thay thế các vật liệu ñiện sắc khác do chuyển mạch nhanh hơn, tạo màng tốt và có thể thiết kế cấu trúc nhằm thay ñổi màu như mong muốn. • Quang volta (Photovoltaic): polymer dẫn ñiện ñược dùng ñể thiết kế tế bào quang volta nhựa giống như PLED ñơn lớp, nhưng tế bào quang volta biến ñổi năng lượng bức xạ thành ñiện.