Polythiophene và dẫn xuất pot

Polythiophene và dẫn
xuất: Một Polymer dẫn
điện nhiều tiềm năng.

I) Phần 1. Trong năm 2009 các nhà
khoa học đã tổng hợp thành công
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)
(PEDOT) hình sợi bằng phương
pháp hóa học sử dụng monomer 3,4-
ethylenedioxythiophene (EDOT) với doping
là BF
3
, kết quả PEDOT hình thành với khả
năng dẫn điện lên đến 150-250 S/cm. Độ bền
nhiệt gia tăng đáng kể. Hình thái của PEDOT
được quan sát bằng SEM cho thấy các sợi
với chiều dài và bán kính là 10 và 0.4 µm.
Giới thiệu
- Trong hầu hết các polymer dẫn điện thì
PEDOT là một loại vật liệu polymer được ứng
dụng nhiều nhất vì khả năng bền nhiệt, độ dẫn
cao, độ trong suốt cao khi được doping loại p.
PEDOT được tổng hợp bằng phương pháp hóa
học bằng cách sử dụng một chất doping là một
acid Lewis như FeCl
3
,BF
3
polymer tạo thành ở
dạng bột đen với độ dẫn 100S/cm. Các nhà
khoa học quan tâm làm sao để điều chế một

polymer có độ dẫn cao hơn là hiệu suất trong
giai đoạn này vì thế họ đã bắt tay vào nghiên
cứu để tìm ra điều kiện tối ưu nhất.
Thí nghiệm

Bảng 1: Điều kiện tối ưu để tổng hợp PEDOT
có độ đẫn cao.
- Từ bảng 1cho thấy với xúc tác là acid
BF
3
trong dung môi toluen, nhóm thế halogen là
Br thì cho độ dẫn cao nhất.

Hình 1: Phản ứng tổng hợp PEDOT
- Monomer được dùng là 2,5-dibromo-3,4-
ethylenedioxythiophene, dung môi sử dụng là
toluen ở nhiệt độ là 35
o
C vừa thêm từ từ BF
3
-
OEt
2
và khuấy đều dung dịch. Tiếp tục khuấy
đều hỗn hợp ở 30
o
C trong 2 giờ và sau đó đun
nóng trong thời gian là 24 giờ ở 100
o
C như trên

bảng 1. Trong quá trình thực hiện phản ứng sẽ
có sinh ra khí Br, khí Br được bẩy vào nước. Kết
thúc phản ứng trong dung dịch phản ứng xuất
hiện một dạng bột rắn màu xanh-đen sẽ được
mang đi lọc, rửa nhiều lần bằng alcol và nước,
và cuối cùng là rửa bằng chloroform, sau khi lọc
sản phẩm ở dạng bột thì làm khô tự nhiên ngoài
không khí và lò chân không ở 40
o
C.
Kết quả & thảo luận
- Hình dạng của PEDOT được xác định thông
qua kính hiển vi điện tử SEM. Kết quả dưới kính
hiển vi cho thấy PEDOT được hình thành ở
dạng sợi với chiều dài trung bình là 10µm
đường kính khoảng 0.4µm. PEDOT được tổng
hợp bằng các phương pháp khác nhau sẽ có
hình dạng khác nhau, cụ thể là khi tổng hợp
bằng chất xúc tác FeCl
3
hình dạng của PEDOT
được thấy như hình 2c, hay khi được tổng hợp
ở trạng thái rắn thì thấy như hình 2d, hình 2a và
2b là PEDOT khi tổng hợp bằng xúc tác BF
3
.
Hình thái của PEDOT như thấy ở hình 2c và 2d
bất bình thường và vô định hình không có dạng
sợi. Trên thực tế PEDOT được tổng hợp ngay
bên trong một cái khung (ví dụ như cái khây

thủy tinh). Hình thái của PEDOT có liên quan
mật thiết đến tính dẫn điện, các PEDOT ở dạng
sợi sẽ có tính dẫn điện cao hơn đặt biệt là các
sợ có đường kính nhỏ.

Hình 2: Hình thái PEDOT nhìn dưới SEM
- Các PEDOT hình sợi có tính dẫn điện cao hơn
PEDOT vô định hình và độ ổn định độ dẫn trước
sự khắt nghiệt của môi trường theo thời gian
cũng khá lý tưởng. Để chứng mình điều này
người ta đã làm một thí nghiệm nhỏ như sau:
hai mẫu, một của PEDOT hình sợ được tổng
hợp bằng xúc tác BF
3
(PEDOT/BF
3
) và một
bằng xúc tác FeCl
3
(PEDOT/FeCl
3
) cùng dung
môi toluen, ban đầu độ dẫn điện tương ứng của
hai mẫu này là 2.5*10
2
và 3.6*10 S/cm, để thử
tính chất người ta cho hai mẫu vào lò ở 100
o
C
sau ba ngày thì thấy rằng độ dẫn của

PEDOT/BF
3
hình sợi giảm ít cụ thể là còn
1.6*10
2
S/cm còn PEDOT/BF
3
giảm còn 2*10
S/cm. Ngay cả khi PEDOT/BF
3
bị nung trong 7
ngày ở 100
o
C thì độ dẫn còn ở mức 10
2
S/cm.
Ứng Dụng
- Các polymer dẫn nói chung polythiophene nói
riêng điều có tính điện, quang, điện hóa học,
tính chất hóa lý rất đặt trưng, chính vị vậy
polythiophene được sử dụng làm vật liệu trong
nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ kỹ thuật
cao như: pin năng lượng, chế tạo nguồn điện
dùng nhiều lần có kích thước mỏng, siêu nhỏ
(polymeric rechargeable battery), chế tạo các
cảm biến (sensor), như các loại cảm biến hóa
học, cảm biến sinh học, kỹ thuật thông tin số,
màng chọn lọc (selective membrance) vật liệu
phủ đặt biệt hấp thụ sóng điện từ, vật liệu phủ
chống ăn mòn hóa học, vật liệu trong ngành

điện tử
Vật liệu chế tạo cảm biến:
PT có thể sử dụng làm vật liệu chế tạo các loại
sensor như sensor đo độ ẩm, bộ cảm biến sinh
học (biosensor) đo hàm lượng glucozo trong
máu, đo hàm lượng acid amin, sensor hóa học
đo nồng độ các loại khí như nito, hidro, SO
2
.
Vật liệu phủ đặt biệt:
Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT được sử
dụng làm vật phủ chống ăn mòn kim loại. Quá
trình chống ăn mòn kim loại của vật phủ PT thực
hiện theo cơ chế sau:
Màng PT đóng vai trò là màng chắn để ngăn
cản sự vận chuyển oxy nước vào bề mặt tiếp
xúc với kim loại. Màng PT đống vai như catod
bảo vệ kim loại, là nguôn cung cấp các chất ức
chế chống ăn mòn kim loại, ngoài ra nó còn như
một màng oxit thụ động bền vững giống như
màng Crom bảo vệ kim loại.
Màng phủ chống tĩnh điện bề mặt, hấp thu sóng
điện từ: Màng mỏng PT vải tẩm PT đã được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực chế tạo vật liệu:
Chống tĩnh điện bề mặt (antistatic film, antistatic
fibers). Hấp thụ sóng điện từ; Electromagnetic
interference shieding, hấp thụ sóng rada. Nhờ
khả năng chống tĩnh điện người ta đã chế tạo ra
áo khoác chống tĩnh điện.
Ngày nay các màng hình vi tính hay tivi được

phủ một lớp PEDOT:PSS như một lớp phủ
chống tĩnh điện cho các ống tia âm cực (CRT)
để tránh thu hút bụi


Pin năng lượng trong suốt làm từ PEDOT:PSS

Các thành phần của OLED: Ứng cử viên sáng
giá thay thế LCD
 Lớp dẫn (conductive layer) - lớp này được
làm từ các phân tử hữu cơ dẻo có nhiệm vụ
truyền tải các lỗ trống từ anode. Một polymer
dẫn được sử dụng trong các OLED là
polyaniline.
 Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp này
được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo (nhưng
khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải các
electron từ cathode. Một loại polymer dùng trong
lớp phát sáng là polyfluorence,polythiophene.
_