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Elektrisch leitfähige Polymere

Leitfähigkeitserhöhung durch Dotierung

Erst beim Dotieren der Polymere kommt es zu einer deutlichen Erhöhung der Leitfähigkeit. Mit starken Oxidations- oder Reduktionsmitteln entstehen delokalisierte ionische Zentren im Polymer, zu denen das jeweilige Dotierungsmittel das Gegenion bildet. Die Oxidation mit einem Halogen oder AsF5 wird als p-Dotierung, die Reduktion, z.B. mit einem Alkalimetall, als n-Dotierung bezeichnet. Der Begriff "Dotierung" oder "Doping" für die Erhöhung der Leitfähigkeit eines Polymers wurde aus der Halbleitertechnik entlehnt. Allerdings steht er hier für eine partielle Oxidation bzw. Reduktion des Polymers und nicht - wie in der Halbleitertechnik - für den Einbau von Fremdatomen in Halbleiterkristalle.

Dabei werden in den Molekülketten positive oder negative Ladungsträger (Polaronen, Bipolaronen) erzeugt, die bei angelegter elektrischer Spannung die Molekülkette entlang wandern. Je regelmäßiger die Halogenidionen (z.B. I-) oder Alkalimetallionen (z.B. Na+) angeordnet sind, desto leichter wandern die Ladungen die Kettenmoleküle entlang.

Abb.1

a) Polymerkette mit positivem Bipolaron, X- = Halogenidion b) Polymerkette mit positivem Polaron, X = ungeladenes Halogenatom c) Undotierte Polymerkette, M = ungeladenes Alkalimetallatom d) Polymerkette mit negativem Polaron, M+ = Alkalimetallion e) Polymerkette mit negativem Bipolaron

Auch eine elektrochemische Dotierung ist möglich. Aus einer wässrigen Lösung von Pyrrol bildet sich z.B. an der Anode ein Polypyrrol-Film. Dabei werden Leitsalze wie Perchlorate, Fluoroborate oder Phenylsulfonate zugegeben, die als Gegenionen in das Polymer eingebaut werden. Der Film kann kontinuierlich abgezogen werden.

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