导电聚合物PEDOT的功函数及电导率调控研究(2)
1.1.1 导电聚合物的发展概况
作为聚合物研究的一个分支，导电聚合物是一个新兴的学科。1977年MacDiarmid等人和发现经电子受体掺杂后的聚乙炔薄膜的电导率增加了9个数量级(从10-6S/cm增加到103S/cm)而成为导体[4]，开创了导电聚合物研究的领域。2000年，诺贝尔化学奖被授予发现导电聚合物的三位学者，以表彰他们对导电聚合物发展所做出的杰出贡献。这一消息使导电聚合物成为学者们广泛关注的焦点，从那以后，导电聚合物进入了快速发展的阶段。
导电聚合物的早期研究主要集中在掺杂态上。这一阶段的研究极大地发展和完善了导电聚合物的理论体系，为导电聚合物的应用奠定了基础。从1990年开始，导电聚合物的许多特殊性质被发现。导电聚合物的研究转向功能化导电聚合物的开发。导电聚合物本征态的电致发光特性[5]、激光特性[6]和光伏打效应[7,8]的发现又掀起了导电聚合物的研究高潮。
经过三十年的发展，导电聚合物已经从理论研究发展到了实际应用，从单纯的提高电导率发展到了开发功能化导电高聚物材料，从研究单一导电聚合物的性能发展到了研究复合材料的性能。可以判断，未来导电高聚物一定会进入每个人的生活，成为不可或缺的重要材料。
1.1.2 导电聚合物的分类
导电高分子材料根据材料组成通常可分为[9]复合型导电高分子材料和本征型导电高分子材料这两类，本征型又可被称为结构导电高分子材料。
其中，复合型导电聚合物是以高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质(如碳黑、石墨、碳纤文、金属粉、金属纤文、金属氧化物等)组合而成。该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性；其导电作用主要通过其中的导电材料来完成。
结构型导电聚合物是指高分子聚合物本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质，一般用电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体进行掺杂后制得。这种导电聚合物按照其结构特征和导电机理又可分为以下三类：载流子为自由电子的电子导电聚合物；载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物；以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。
1.1.3 导电聚合物的导电机理
本文主要讨论结构型导电聚合物，下面分别介绍各种类型的导电机理。
1.1.3.1 电子导电聚合物
在导电过程中，电子导电聚合物的载流子是聚合物中的自由电子或空穴，载流子在电场的作用下能够在聚合物内定向移动形成电流。电子导电聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭兀电子体系，为自由电子提供了离域迁移条件。导电聚合物作为一类有机材料，聚合物是以分子形态存在的，其电子多为定域电子或具有有限离域能力的电子。当聚合物具有共轭结构时，π电子体系增大，电子的离域性增强，可移动范围增大。当共轭结构达到足够大时，化合物即可提供自由电子，具有了导电功能[10]。
纯净或未“掺杂”共轭聚合物分子中，π键分子轨道之间还存在着一定的能级差。这一能级差的存在使冗电子还不能在共轭聚合中完全自由跨越移动。“掺杂”可以在聚合物的空轨道中加入电子或空穴，进而改变π电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减小了能带间的能量差，使得自由电子或空穴迁移时的阻碍力减小因而导电能力大大提高。因此电子导电多需要掺杂以提高导电能力。电子导电聚合物的导电性能受掺杂剂、掺杂量、温度、聚合物分子轭链的长度的影响。目前已知的电子导电聚合物中，除了早期发现的聚乙炔外，大多为芳香单环、多环和杂环的共聚或均聚物。