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Elektrisch leitende Kunststoffe

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by

Prasan Ratha

on 14 June 2015

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Transcript of Elektrisch leitende Kunststoffe

Fazit
Entdeckung leitfähiger Kunststoffe
Vorraussetzung für elektrisch leitfähige Polymere
intrinsich leitfähige Polymere
Herstellungsmethoden der intrinsisch leitfähigen Polymere
Anwendungsbereiche
Organische Leuchtdioden
Vorhandensein von organischen Filmen zwischen zwei
Elektroden

Auftragung von Kunststoff als organisches Film
-> Bedingung: Elektronen-Durchlässigkeit

Elektronen und Löcher werden injiziert

=> Rekombination; angeregter Zustand
-> zerfällt unter Emission von Licht
Elektrisch leitende Kunststoffe
Wie kam es zu der Entdeckung dieser Kunststoffe, welche Voraussetzungen verfügen sie, um elektrisch leitend sein, wie stellt man sie her und wo finden sie heutzutage Verwendung?
Inhaltsverzeichnis


Entdeckung
Vorraussetung für elektr. leitfähige Polymere
Intrinsisch leitende Kunststoffe
Extrinsisch leitende Kunststoffe
Herstellungsmethoden
Anwendungsbereiche
Organische Leuchtdioden
Hideki Shirakawa
wollte 1967 Polyacetylen unter Einsatz eines Katalysators synthetisieren

Erwartung: schwarzes Pulver

tatsächlicher Befund : dünner, silbrig glänzender Film
voran gegangen war ein Berechnungsfehler der Dosierung

Leitfähigkeit des entstandenen Polyacetylens war vergleichsweise noch zu gering

Zusammen mit Alan Heeger und MacDiarmid "behandelten" die drei Forscher 1976 das Polymer mit Halogenen und optimierten die Leitfähigkeit
extrinsich leitfähige Polymere
Leitfähigkeit wird durch die
eigene Struktur garantiert
Leitfähigkeit hängt von anderen
Faktoren ab
Bedingung: konjugierte Ketten (delokalisierte Elektronen)

Dotierung: Oxidation (Elektronenentzug); bsp. Halogene
Reduktion (Elektronenzufuhr); bsp. Alkalimetalle

Beispiel: Oxidation -> Schaffung von "Löchern"
=> Bei Anlegen einer Spannungsquelle, füllt ein
benachbartes Elektron dieses Loch -> Entstehung eines
neuen Loches

Prozess läuft fortlaufend weiter -> es fließt ein Strom
Leitfähigkeit wird nicht durch die eigene Struktur ermöglicht, sondern durch das Beimischen von festen leitfähigen Füllstoffen

Entstehung eines Zwei- bzw. Mehrkomponentensystems

Abhängigket der elektrischen Leitfähigkeit von der Menge
der Füllstoffe (Perkolationsnetzwerk)



Entfernen eines Elektrons aus dem Monomer des Ethylendioxythiophen

-> Entstehung eines Radikalkations
1)
Zwei entstandene Radikalkationen reagieren

2) -> Entstehung eines Dihydrodimer- Kations
3)
Zwei Protonen werden von dem Dihydrodimer
abgespalten

-> Rearomatisierung, Entstehung eines Dimers

Oxidation des Dimers

-> Entstehung eines Dimer-Radikalkations
4)
Das Dimer-Radikalkation fügt sich einen monomeren Radikalkation an

5) -> Entstehung eines Trimers



=> Vorgang läuft analog weiter bis sich das Oligomer manifestiert
Extrinsisch leitfähige Kunststoffe


-> Nutzung von kunststoffspezifischen Eigenschaften
(z.B Korrosionsbeständigkeit)

Element einer Wiederstandsheizung
->Beispiel: rußgefülle Polycarbonatfolie von
Bayer

Beheizung von Beeten und Fußböden
-> Beispiel: rußgefüllte thermoplastische
Polyurethan von BASF (noch erprobt)

Abschirmung von elektromagnetischen Wellen

Herstellung von Chip-Carrier

Intrisisch leitfähige Kunststoffe
-> ersetzen die Funktion von Metallen

optischen Signalverarbeitung, Datenspeicherung,
Sonnenenergieumwandlung, wiederaufladbare
Batterien, Sensoren

Verhinderung von elektrischen Aufladungen
-> Beispiel: Baytron P von Agfa

Einsatz in lichtemittierenden Dioden
-> organische Leuchtdioden (OLED)

Shirakawa, MacDiarmid und Heeger entwickelten einen (intrinsisch) leitfähigen Kunststoff

Unterscheidung in intrinsisch und extrinsisch leitenden Polymeren
->intrisisch leitf. Kunststoffe: konjugierte Ketten/ Dotierung
->extrinsisch leitf. Kunststoffe: Beimischen leitf. Füllstoffe

Aus den Untereinheiten der PHCs wird ein Kunststoff im direkt dotierten Zustand synthetisiert

unzählige Anwendungsbereiche; Nutzung der Eigenschaften elekt. leitf. Kunststoffe (bsp. OLED)


=> enormes Potential für die jetzige und zukünftige
Technologie
Polyacetylen ist instabil; -Oxidationsanfälligkeit
-Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit

-> nicht für fachspezifische Anwendungen geeignet

Problem
Lösung

Polyheterocyclen (PHC); -Cyclen mit zusätlichem
Heteroatom -> sorgt für Stabilität
-Synthese im direkt dotierten Zustand

-> für fachspezifische Anwendungen optimal
Beispiel am Ethylendioxythiophen
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