翠绿亚胺聚合物高压下芳环扭角和能隙的缩减

论文摘要

在导电高聚物中,聚苯胺由于结构多样化、良好的稳定性、独特的掺杂机理以及广泛的技术应用前景而备受关注。聚苯胺导电机理是和金属以及无机半导体不同的,孤子、极化子和双极化子等构成了它的独特载流子。另外,很多实验工作者发现,如果对氧化态的聚苯胺施加外部压力会引起其导电性能的提升,电导率会增大到一个最大值与此对应着一个饱和压强,这个饱和压强的范围在3.2-10GPa。初步认为饱和压强出现差异的主要原因是样品的氧化程度不同。这方面的理论,仅见一篇关于聚苯胺完全氧化态（PNB）的报道,理论饱和压强出现在7.6GPa。实验上较低端的饱和压强（3-4GPa）是怎么回事,目前未见到解释。本文研究聚苯胺的半氧化态-翠绿亚胺（EB）,试图了解压力对其几何结构和电子态的影响。首先,利用改进的Ginder-Epstein模型计算了翠绿亚胺聚合物在参数V4,0取值于1.8—35.8 eV的自洽变分基态。我们发现,V4,0决定了芳环扭角,可以用它来反映EB的受压程度。通过芳环扭角的变化来估算聚合物压强,给出了V4,0,芳环扭角及能隙与理论压强之间的变化关系。结果表明,随此参数的增大芳环扭角和能隙都缩减而理论压强升高。当理论压强由零压增至3.0 GPa左右时,能隙先快后慢从2.01eV减小至最小值0.87eV。这一理论预测值与崔硕景等人对聚苯胺的高压电导测试结果一致。由此可知,垂直于主链的压力使聚苯胺的芳环扭角减小,导致其能隙减小。这是高压下聚苯胺电导率增高的主要原因。进而做出该聚合物的高压吸收谱,当理论压强由零压增至饱和压强3.0 GPa左右时,翠绿亚胺聚合物π—π*吸收峰由2.01eV蓝移至最小值0.87eV。此理论谱供压力定标参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 导电高聚物概述
• 1.1.1 导电机制
• 1.1.2 导电聚合物的特征
• 1.1.3 导电聚合物研究课题
• 1.1.4 导电聚合物的应用
• 1.2 导电聚苯胺简介
• 1.2.1 聚苯胺的本征结构
• 1.2.2 聚苯胺的掺杂态结构
• 1.2.3 聚苯胺的链式锯齿状立体结构
• 1.2.4 聚苯胺的聚合方法简介
• 1.2.5 聚苯胺的研究进展及应用
• 1.2.6 高压对聚苯胺导电性的影响
• 1.3 论文选题及其意义
• 第二章 基础理论
• 2.1 一维体系的电子结构
• 2.2 一维 Peierls 不稳定性
• 2.3 孤子、极化子简介
• 2.3.1 孤子
• 2.3.2 极化子
• 2.3.3 分数电荷简介
• 2.4 小结
• 第三章 翠绿亚胺高压下芳环扭角与能隙的缩减
• 3.1 模型哈密顿
• 3.2 压强估算
• 3.3 翠绿亚胺高压下能隙的缩减与电导率的提升
• 3.4 翠绿亚胺的高压理论吸收谱
• 3.5 翠绿亚胺高压下载流子浓度的变化
• 3.6 小结
• 第四章 结束语
• 参考文献
• 附录
• 致谢