聚3, 4-乙撑二氧噻吩氧化石墨烯杂化材料制备及传感应用研究(3)
导电聚合物之所以引人注目，不仅是因为它具有好的电性能，而且还在于它具有不寻常的光学特性。导电高聚物具有好的非线性光学性能，它的非线性光学系数大，响应速度快。由于非线性光学材料具有波长变换、增大振幅和开关记忆等许多功能，因此作为21世纪信息处理和前所未有的光计算基本元件而特别令人关注。另外，导电聚合物还是光折变和光限幅材料。
人们早已确认了氧化还原蛋白质的存在，后来随着对金属蛋白质立体结构的了解，蛋白质内部的电子转移的研究工作也活跃起来。最新研究发现，DNA具有导电性。因此，与生命科学相结合，导电聚合物可以用来制造人造肌肉和人造神经，这将是导电聚合物在应用上的又一重大突破。
1.3 聚3, 4-乙撑二氧噻吩
PEDOT（聚3, 4-乙撑二氧噻吩）是一种杂环类导电聚合物，20世纪90年代由德国Bayer A G在实验室首次合成。近十几年来人们对其结构特征、制备机理、电学性能和实际应用等开展了广泛的研究。
20世纪70年代，自Shirakawa发现聚乙炔具有高电导率以来，导电聚合物就引起了科学家的广泛兴趣。PEDOT及其衍生物以其优良的导电性能，在抗静电涂层、固体电解电容器及有机光电子领域得到了广泛的应用，是当今导电聚合物材料研究的热点之一。
1.3.1 PEDOT结构及性能
单体分子EDOT及PEDOT结构如图1.1所示：
图1.1 PEDOT和EDOT分子结构
单体的3和4位都被醚基取代，使聚合反应控制在2和5位上进行而得到线性的、共轭缺陷极少的分子主链；而且醚基使单体和聚合物的氧化电势得以降低，聚合反应更容易进行，有利于分子主链在氧化还原的循环过程中保持稳定。
单体特殊的结构使PEDOT具有很多特性，主要包括以下几方面。(1)噻吩基的3,4位取代能阻止单体聚合时α与β位和β与β位交联，使PEDOT更易形成线性共轭结构。(2)2个与噻吩基联接的氧能与S原子形成很弱的0-S键，这种键促进了PEDOT分子的平面化和离域π电子平均化，使得分子能隙减小。(3)氧的强供电性使聚合电压大幅下降且PEDOT氧化态极其稳定。这些特性使PEDOT具有优良的导电性和电致变色性能。
PEDOT具有许多优良的特性，3、4位乙撑二氧基的引入阻止了单体聚合时噻吩环的α-β连接，使聚合物分子链更为规整有序，使其导电的掺杂状态更加稳定。掺杂的PEDOT是目前已知的最稳定的导电聚合物，PEDOT无论在空气、水蒸汽或水溶液中都表现出很好的化学和电化学稳定性，这是一般聚合物所不具有因而不能得以广泛应用的重要原因。PEDOT这些优良的性能，尤其是其电化学活性和环境稳定性，再加上导电聚合物本身所具有的电、磁、光、色等多方面的性能，引起了许多科学工作者的兴趣。
1.3.2 电化学聚合与掺杂
EDOT在水溶液中的电化学聚合机理可能为：EDOT放入电解质溶液后，在搅拌或放置较长时间下，EDOT微溶于水，由于噻吩环上的亚乙二基的作用，使得EDOT比噻吩环具有更高的反应活性，其聚合电位明显低于噻吩，在较低的电位下即可在电极表面发生电化学聚合，聚合过程为阳离子自由基聚合，其聚合机理如图1.2所示：
图1.2 PEDOT电化学聚合机理
PEDOT的制备可是采用电化学聚合的方法，相对于化学方法而言，所需EDOT单体量较少，聚合时间短，可产生电极表面薄膜和自由载体薄膜。
PEDOT高聚物的合成通常采用化学氧化聚合和电化学氧化聚合两种方法，得到的均为释放电子的P型掺杂聚合物。在聚合过程中，为了补偿聚合物分子链的电荷使其分子链呈电中性主要依靠阴离子的加入。