摻雜對聚合物導(dǎo)電性的影響的理論研究.pdf

1、本工作運用密度泛函方法研究近三十年來備受關(guān)注的有機導(dǎo)電聚合物的摻雜問題，分別計算了不同摻雜濃度下、堿金屬鹽摻雜的聚苯甲亞胺（聚苯胺的衍生物）和碘摻雜的聚苯硫醚的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，通過對它們的單體、低聚物和相應(yīng)聚合物的結(jié)構(gòu)的計算，詳細地分析了摻雜劑對導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電性能的影響。主要研究內(nèi)容如下:
　　 第一節(jié)，我們介紹了有機導(dǎo)電聚合物材料的研究現(xiàn)狀、導(dǎo)電機理、應(yīng)用以及設(shè)計等。有機導(dǎo)電高分子材料由于其良好的導(dǎo)電性能、特殊的光學(xué)

2、性質(zhì)和潛在的應(yīng)用前景，有關(guān)方面的研究已經(jīng)成為新型有機功能材料領(lǐng)域的明星課題。此外，我們還介紹了本文工作的研究內(nèi)容及研究意義。
　　 第二節(jié)，我們詳細地介紹了本研究工作采用的計算方法，即密度泛函理論(DFT)，同時還列出了若干重要的理論分析方法，主要包括分子中的原子(AIM)理論，自然成鍵軌道(NBO)分析，以及含時密度泛函理論(TD-DFT)。
　　 第三節(jié)，我們運用密度泛函方法，在B3LYP/6-31G(d)水平下，計

3、算了不同摻雜濃度下，不同堿金屬鹽(KCl、NaCl、LiCl)摻雜的低聚苯甲亞胺的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。在優(yōu)化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，我們在相同理論水平下，計算了它們對應(yīng)的周期聚合物的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，并進行了電子密度拓撲分析、自然鍵軌道分析、局域態(tài)密度分析等。分析結(jié)果表明摻雜劑的引入使聚合物分子鏈上發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移，從而使得聚苯甲亞胺的導(dǎo)電性顯著增強，由本征態(tài)的絕緣體變?yōu)閾诫s態(tài)的半導(dǎo)體。在同一種摻雜劑下，隨著摻雜濃度的增加，聚合物的導(dǎo)電性隨之增強，而不同

4、摻雜劑時，堿金屬的堿性越強，引起的電荷轉(zhuǎn)移量越多，即KCl作為摻雜劑時所引起的聚合物分子鏈電子性質(zhì)的變化最顯著。因此，摻雜劑的引入是一種增強有機導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電性的重要方法，而我們研究的KCl摻雜聚苯甲亞胺，在合適的摻雜濃度下，是一種潛在的導(dǎo)電高分子材料。
　　 第四節(jié)，采用密度泛函理論的B3LYP方法，對I2采用贗勢基組LANL2DZ，而對其余非金屬原子采用6-31g*基組進行計算，我們研究了碘摻雜的聚苯硫醚(PPS)的結(jié)構(gòu)

5、和電子性質(zhì)。主要從電子差分密度、Mulliken電荷分布、軌道組成分析、垂直吸收光譜分析、局域態(tài)密度等方面深入研究了摻雜態(tài)的聚苯硫醚的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。由于聚苯硫醚的氧化電勢很高(6.3eV)，因而它在本征態(tài)是良的電絕緣體，而碘摻雜后的PPS由于電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，電導(dǎo)率得到了顯著地增強。根據(jù)研究結(jié)果，電荷的轉(zhuǎn)移更傾向于是發(fā)生在聚合物分子的鏈與鏈之間，而非沿著聚合物分子鏈;隨著聚合物鏈的延長，碘摻雜后引起的電荷轉(zhuǎn)移量越多。此外，隨著聚合度的增