樹脂プラスチック材料協会

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用語集

ポリフェニレンとその他の導電性ポリマー(ICP)

物性

本質的に導電性のポリマー(ICP)は、注目されている研究対象物となっています。ICPは、炭素-炭素単結合またはビニレン基(-C = C-)を介して互いに接続されている、ナフタレン、アントラセン、またはピロールやチオフェンなどのヘテロ芳香環などのフェニレンリングおよび関連単位で構成されるオリゴマーまたはポリマー材料です。これらのポリマーには、独特の電気的および熱物理的特性があります。低い水素含有量と芳香族構造により、それらは優れた化学的、熱的、および酸化安定性を示し、すべての一般的な溶媒に実質的に不溶性です。それらは、特に塗工された場合、潜在的に導電性の材料でもあります。

完全に芳香族の環構造と自由に回転する基がないため、繰り返し単位の移動度は非常に制限されており、非常に高い融点と軟化点をもたらします。これは、これらの樹脂の合成と加工を困難かつ高価にしています。実際、それらの溶融粘度は非常に高いため、射出成形および同様の加工方法は不可能であり、または実用的ではありません。

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ポリフェニレン

ポリフェニレンは、導電性ポリマーの重要なクラスです。これらのポリマーのフェニレンユニットは、炭素-炭素単結合を介して互いに結合しているため、芳香環のみで構成された骨格を持つ線状ポリマーになります。群を抜いて注目されていたものはポリ(パラフェニレン)(PPP)でした。このポリマーは、500〜600℃の温度まで非常に安定しており、酸化は最小限で、わずかです。ほとんどの溶媒にはまったく溶けず、非常に高い融点を持っています。それは異常な電子的および光学的特性を示し、例えば真空蒸着により、塗膜されたときに導電性である結晶性薄膜に加工することができます。PPPは光伝導性であり、エレクトロルミネセンスの可能性があります (EL)。発光ダイオードなどのアプリケーションで使用されます。

ポリフェニレンビニレン

ポリ(パラフェニレンビニレン)(PPV)およびその誘導体は、多くの興味深い潜在的に有用な光学および光電子特性のために広く研究されている導電性ポリマーの別の重要なクラスです。ポリフェニレンビニレンのフェニレン単位は、炭素-炭素二重結合を介して互いに結合しているため、二重結合と芳香環のみで構成される剛直な棒状の線形ポリマーができます。塗工時に導電性のある高度に秩序化された結晶薄膜に加工できます。Likke PPP、PPVはエレクトロルミネッセンスが可能で、たとえばエレクトロルミネッセンスディスプレイ用のポリマーベースの有機発光ダイオードの発光層として使用できます。実際、PPVはこの目的に使用された最初の材料の1つでした。

ポリアニリン(PAN)

別の重要な導電性ポリマーはポリアニリンです。このポリマーは、主鎖にアミン基を持っているため、ポリフェニレンの部類の一部ではありません。比較的安価で、合成が容易で、化学修飾が容易なため、非常に魅力的な導電性ポリマーです。最も研究されている導電性ポリマーの1つであり、導体として、また電子回路の電磁シールド用として多くの採用例があります。ポリアニリンは、腐食防止剤として、また導電性ナノファイバーの製造にも使用されます。

ポリピロール(PPy)

ポリピロール(PPy)は非常に有望な導電性ポリマーです。簡単に処理でき、大変興味深い電気的特性を持ちます。化学的および熱的に安定しています。他の多くの完全芳香族ポリマーと同様に、PPyは電気絶縁体ですが、酸化されると導電体になります。PPyの導電率は、調製技術とポリマー添加剤に大きく依存し、約2桁増加する可能性があります。ガスセンサー、静電防止コーティング、固体電解コンデンサーとして、および他の多くの電子機器のコンポーネントとして使用できます。

ポリチオフェン

ポリ(チオフェン)およびその誘導体は、有望な導電性材料です。塗工されていないポリチオフェンは、電気伝導度がかなり低いです。ただし、1%未満の低レベルでも塗工すると、電気伝導率は何度も増加します。特に、レジオレギュラーポリ(3-アルキルチオフェン)(PAT)は、高い電荷キャリア移動度をもたらす相対的な構造秩序を持ち、特に興味深いものです。これらのポリマーは可溶性で可融性があり、ソルバトクロミズムサーモクロミズムなどの新しい特性を示します。発光/吸収は、ポリチオフェンの置換基を変更することにより、紫外線からIRに調整できます。

ポリアセチレン

ポリアセチレンまたはポリエチン(繰り返し単位C 2 H 2)は、炭素原子間で単結合と二重結合が交互になった長い炭素鎖からなる剛性の棒状ポリマーです。その発見が高導電性有機ポリマーの開発を始めたので、よく知られた導電性ポリマーです。その電気伝導度は、2000年にノーベル化学賞を受賞した白川英樹、アランヒーガー、アランマクディアミドによって発見されました。彼らは、チーグラー・ナッタ触媒を使用して、アセチレンから銀色の膜としてポリアセチレンを調製しました。1974年に初めてこのポリマーを合成しました。その金属的な外観にもかかわらず、最初の試みは導電性ポリマーではありませんでした。しかし、3年後、彼らはハロゲン蒸気による酸化が導電性ポリアセチレン膜をもたすことを見つけ、それが他の既知の導電性ポリマーよりもはるかに高い導電性を有することを発見しました。その発見により導電性有機ポリマーの開発が開始されましたが、ポリアセチレンには商業的用途はありません。

用途

現在、 化学センサー、電磁シールド、帯電防止コーティング、腐食防止剤、導電性繊維、および光の量を調整できる「スマート」ウィンドウなどの用途がある中、それらには多くの導電性およびエレクトロルミネッセンスポリマーが使用されています。これらの新しい材料の最も注目される潜在的用途の1つは、ポリマーベースのトランジスタ、発光ダイオード、レーザーなどのコンパクトな電子デバイスです。これらの電子デバイスの一部は、電子産業、たとえばフラットフレキシブルテレビ画面、および高分子太陽電池(PSC)のアクセプターに新しい用途を見つける可能性があります。今後、他の多くの新しいエレクトロルミネセンスプラスチックが見られるかもしれません。

導電性ポリマーには、製造コストが低く、薄膜に加工できるという潜在的な利点があります。 

※エレクトロルミネッセンス(EL)とは?:エレクトロルミネッセンス(EL)は、材料を流れる電流または強い電界に応答して材料が光を発する光電気現象です。エレクトロルミネッセンスは、半導電性材料での電子と正孔の再結合によって引き起こされます。励起された電子は、正孔との再結合中にエネルギーを光子(光)として放出します。電子と正孔は、材料をドーピングしてpn接合(半導体エレクトロルミネッセンス)を形成するか、強い電界によって加速された高エネルギー電子が材料を通過する際の励起によって分離できます。

※ソルバトクロミズムとは?:ソルバトクロミズムは溶媒の極性を変化させたときの溶液中の化合物の吸収/発光バンドのシフトです。したがって、化合物(染料)は、異なる極性の異なる溶媒で異なる色になります。

※サーモクロミズムとは?:サーモクロミズムは、温度が変化すると吸収/発光バンドがシフトするため、材料の色が可逆的に変化することです。したがって、これらの材料は、温度が上昇または低下すると色が変化します。

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