Поли( п -фениленвинилен)
| |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
поли(1,4-фенилен-1,2-этендиил)
| |
| Идентификаторы | |
| ХимическийПаук |
|
| Характеристики | |
| (С 8 Н 6 ) н | |
| Появление | Желтое твердое вещество |
| нерастворимый | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Поли( п -фениленвинилен) ( ППВ , или полифениленвинилен ) представляет собой проводящий полимер из семейства полимеров с жесткими стержнями . ППВ — единственный полимер этого типа, который можно переработать в высокоупорядоченную кристаллическую тонкую пленку. ППВ и его производные обладают электропроводностью при легировании. Хотя он нерастворим в воде, с его предшественниками можно обращаться в водном растворе. Небольшая оптическая запрещенная зона и ярко-желтая флуоресценция делают PPV кандидатом в таких приложениях, как светодиоды (LED) и фотоэлектрические устройства. [1] Кроме того, PPV можно легировать для получения электропроводящих материалов. [ нужна ссылка ] Его физические и электронные свойства можно изменить путем включения функциональных боковых групп.
Подготовка
[ редактировать ]PPV можно синтезировать различными методами, детали которых определяют чистоту и молекулярную массу. Наиболее популярные методы основаны на промежуточных соединениях п- ксилола после индуцированного основанием отщепления от α,α'-дизамещенных пара-ксилолов . [1]
Другие методы
[ редактировать ]Хотя в методологии синтеза доминируют способы на основе ксилила, были оценены многие другие способы.
Маршруты ступенчатого роста
[ редактировать ]PPV можно синтезировать путем сочетания типа Виттига между бис(илидом), полученным из ароматической соли бисфосфония, и диальдегидом, особенно 1,4-бензолдиальдегидом.
Реакции ступенчатого роста , такие как конденсация Виттига, обычно дают низкомолекулярный олигомер с 5-10 повторяющимися звеньями. Включение различных боковых групп (алкила, алкокси или фенила) увеличивает растворимость полимера и дает более высокие молекулярные массы. Преимущество подхода ступенчатой полимеризации заключается в том, что орто-, мета- и пара-ксилиленовые связи могут быть включены в основную цепь. Таким способом также можно легко получить сополимеры определенной стереорегулярности. [ нужна ссылка ]
Производные PPV также могут быть получены путем конденсации Кнёвенагеля между бензильным нитрилом и ароматическим диальдегидом. Поскольку этот метод приводит к множеству побочных реакций, таких как гидролиз нитрильной группы, необходима тщательная оптимизация условий реакции.
Черт возьми, соединительные маршруты
[ редактировать ]Сочетание этилена с различными ароматическими дибромидами посредством реакции Хека дает разумные молекулярные массы (3000–10000) при наличии солюбилизирующих групп. Однако этот метод требует добавления одного из газообразных исходных материалов в точных количествах. При этом избыток полиэтилена может образоваться .
Маршруты открытия кольца
[ редактировать ]Бициклооктадиеновое соединение было соединено метатезисной полимеризацией с раскрытием цикла (ROMP) с получением полимера-предшественника с высокой молекулярной массой, растворимого в органических растворителях. Этот полимер можно наносить в виде тонких пленок и термически превращать в ППВ. Более низкие температуры конверсии могут быть использованы при наличии аминного катализатора.
В модификации пути ROMP к PPV использовалось силилзамещенное производное парациклофана. Превращение в PPV может быть достигнуто путем удаления силилоксигруппы с последующей термической обработкой или обработкой полимера-предшественника кислотой. Преимущество этого метода состоит в том, что можно легко получить полимеры и блок-сополимеры с четко определенной молекулярной массой.
Структура и свойства
[ редактировать ]Высокоориентированные пленки PPV, полученные путем растворимого полимерного предшественника, обычно имеют симметрию P21 с моноклинной элементарной ячейкой, содержащей два мономерных звена: c (ось цепи) = 0,658, a = 0,790, b = 0,605 нм и α (моноклинный угол) = 123o. (Рисунок 1). Структурная организация цепей PPV напоминает структуру других высокоориентированных полимеров с жесткими стержнями, где молекулы ориентированы вдоль оси волокна (часто в направлении растяжения), но с частичным аксиальным трансляционным беспорядком. [2]
ППВ является диамагнитным материалом и имеет очень низкую собственную электропроводность, порядка 10 -13 С/см. [1] Электропроводность увеличивается при легировании йодом, хлоридом железа, щелочными металлами или кислотами. Однако стабильность этих легированных материалов относительно низка. В общем, неориентированный, незамещенный PPV имеет лишь умеренную проводимость с легированием, в диапазоне от <<10 -3 См/см (допированный I2) до 100 См/см (допированный H 2 SO 4 ). [1] Возможны коэффициенты вытяжки до 10. Алкоксизамещенные ППВ обычно легче окисляются, чем исходный ППВ, и, следовательно, имеют гораздо более высокую проводимость. Более длинные боковые цепи снижают проводимость и препятствуют межцепочечным перескокам носителей заряда.
Желаемое использование
[ редактировать ]Благодаря своей стабильности, технологичности, а также электрическим и оптическим свойствам PPV рассматривается для широкого спектра применений. [1] В 1989 году был обнаружен первый светоизлучающий диод (LED) на основе полимера, в котором в качестве излучающего слоя использовался PPV. [3] Предполагается, что полимеры имеют преимущества перед молекулярными материалами в светодиодах, такие как простота обработки, пониженная склонность к кристаллизации и более высокая термическая и механическая стабильность. С момента первого прорыва в 1989 году большое количество производных PPV было синтезировано и использовано в светодиодах. Хотя твердотельная генерация еще не была продемонстрирована в органических светодиодах, поли[2-метокси-5-(2'-этилгексилокси)-п-фениленвинилен] (MEH-PPV) оказался многообещающим лазерным красителем благодаря благодаря высокой эффективности флуоресценции в растворе. [4]
Полифениленвинилен является электролюминесцентным на основе полимеров , что позволяет использовать его в органических светоизлучающих диодах . ППВ использовался в качестве излучающего слоя в первых полимерных светодиодах. [3] Устройства на основе ППВ излучают желто-зеленый свет, а производные ППВ, полученные путем замещения, часто используются, когда требуется свет другого цвета. количества кислорода При наличии даже небольшого синглетный кислород во время работы образуется за счет передачи энергии от возбужденных молекул полимера к молекулам кислорода. Эти кислородные радикалы затем атакуют структуру полимера, что приводит к его деградации.
PPV также исследовался в качестве донора электронов в органических солнечных элементах . [5] Однако устройства на основе PPV страдают от плохого поглощения и фотодеградации . [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Моратти СК (1998). «Химия и применение полифениленвиниленов». В Скотхайме Т.А., Эльзенбаумер Р.Л., Рейнольдс-младший (ред.). Справочник по проводящим полимерам (2-е изд.). Нью-Йорк: М. Деккер. стр. 343–351. ISBN 978-0-8247-0050-8 .
- ^ Гранье Т., Томас Э.Л., Ганьон Д.Р., Караш Ф.Е., Ленц Р.В. (декабрь 1986 г.). «Исследование структуры поли(п-фениленвинилена)». Журнал науки о полимерах, часть B: Физика полимеров . 24 (12): 2793–2804. Бибкод : 1986JPoSB..24.2793G . дои : 10.1002/polb.1986.090241214 .
- ^ Jump up to: а б Берроуз Дж.Х., Брэдли Д.Д., Браун А.Р., Маркс Р.Н., Маккей К., Френд Р.Х. и др. (октябрь 1990 г.). «Светодиоды на основе сопряженных полимеров». Природа . 347 (6293): 539–541. Бибкод : 1990Natur.347..539B . дои : 10.1038/347539a0 . S2CID 43158308 .
- ^ Моисей Д. (июнь 1992 г.). «Люминесценция с высокой квантовой эффективностью проводящего полимера в растворе: новый полимерный лазерный краситель». Письма по прикладной физике . 60 (26): 3215–3216. Бибкод : 1992АпФЛ..60.3215М . дои : 10.1063/1.106743 .
- ^ Ли Дж., Сунь Н., Го ZX, Ли С., Ли Ю., Дай Л. и др. (2002). «Фотоэлектрические устройства с метанофуллеренами в качестве акцепторов электронов». Журнал физической химии Б. 106 (44): 11509–11514. дои : 10.1021/jp025973v .
- ^ Саричифтчи Н.С. , Браун Д., Чжан С., Срданов В.И., Хигер А.Дж., Стаки Г., Вудл Ф. (февраль 1993 г.). «Гетерпереходы полупроводниковый полимер-бакминстерфуллерен: диоды, фотодиоды и фотоэлектрические элементы» . Письма по прикладной физике . 62 (6): 585–587. Бибкод : 1993АпФЛ..62..585С . дои : 10.1063/1.108863 .