塞吩-烷基塞吩共聚物之合成與性質探討

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謝文仁(Wen-Len Xia) 查詢紙本館藏

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化學學系

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塞吩-烷基塞吩共聚物之合成與性質探討

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關鍵字(中)

★ 塞吩

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要--------------------------------------------------------------------------Ⅰ
英文摘要--------------------------------------------------------------------------Ⅱ
目錄--------------------------------------------------------------------------------Ⅲ
圖目錄-----------------------------------------------------------------------------Ⅵ
表目錄-----------------------------------------------------------------------------Ⅷ
壹．緒論--------------------------------------------------------------------------------------------------1
1-1聚合物------------------------------------------------------------------------------------------1
1-2有機導電高分子--------------------------------------------------------------------------- 2
◎ 有機導電高分子之發展歷史-------------------------------------------------------- 2
◎ 有機導電高分子之導電機構-------------------------------------------------------- 5
◎ 古典半導體之帶結構理論----------------------------------------------------------- 5
◎ 有機導電高分子之導電理論-------------------------------------------------------- 6
1-3 導電高分子的應用------------------------------------------------------------------------12
1-4 聚3-烷基?吩系統------------------------------------------------------------------------17
◎ 簡介--------------------------------------------------------------------------------------- 17
◎ 聚3-烷基?吩的聚合--------------------------------------------------------------- 18
◎ 聚3-烷基?吩鏈上的烷基排列方式-------------------------------------------- 21
◎ 聚3-烷基?吩的摻雜理論--------------------------------------------------------- 23
1-5 研究動機------------------------------------------------------------------------------------ 26
貳、實驗部份------------------------------------------------------------------- 27
2-1藥品---------------------------------------------------------------------- 27
2-2 使用儀器及樣品的製備--------------------------------------------- 30
2-3實驗步驟---------------------------------------------------------------- 37
◎3-alklythiophene單體的合成--------------------------------- 37
◎化學聚合Poly(3-octylthiophene)--------------------------- 38
◎化學聚合Polythiophene------------------------------------------39
◎化學聚合Poly(alkylthiophene-co-thiophene)------------39
◎合成3-hexynylthiophene----------------------------------------40
◎化學聚合3-hexynylthiophene----------------------------------41
◎合成2-Bromo,3-octylthiophene-----------------------------------42
◎合成2,5-Bromo 3-octylthiophene---------------------------------43
◎合成2-thiopheneboronic acid--------------------------------------44
◎3’-octyl-2,2’-terthiophene單體的合成--------------------45
◎3’-octyl-2,2’;5’,2’’-terthiophene單體的合成-----------46
◎化學聚合Poly 3’-octyl-2,2’-terthiophene----------------47
◎化學聚合Poly 3’-octyl-2,2’;5’,2’’-terthiophene-------48
◎摻雜反應--------------------------------------------------------------49
◎利用紫外光可見光近紅外光光譜觀察去摻雜--------------49
◎利用GPC測量分子量----------------------------------------------51
參、結果與討論------------------------------------------------------------------52
3-1共聚物與聚合物結構的鑑定-----------------------------------------52
◎單體的製作方面-----------------------------------------------------52
◎合成具有規則性之?吩-烷基?吩共聚物---------------------53
◎聚3-烷基?吩之聚合反應和共聚合反應-----------------------56
◎共聚物的溶解性質探討--------------------------------------------59
◎共聚合物結構的探討-----------------------------------------------61
◎由UV-Vis吸收光譜來探討共聚物與POTH結構上的差異--67
◎共聚物之螢光性質探討--------------------------------------------70
◎所合成共聚物之再現性--------------------------------------------71
3-2摻雜後的共聚物之性質----------------------------------------------74
◎CPOTH摻雜後的紅外光吸收光譜探討---------------------------74
◎摻雜後的薄膜之紫外光/可見光/近紅外光吸收光譜--------75
◎由SEM來觀察摻雜前後之薄膜表面型態----------------------76
3-3聚合物的去摻雜現象------------------------------------------------- 78
3-4 3-己炔?吩的合成及探討--------------------------------------------79
◎poly 3-hexynylthiophene(phyth)的結構探討--------------------79
肆、結論-------------------------------------------------------------------------81
伍、參考文獻-------------------------------------------------------------------115
圖目錄
圖1-2-1：簡單的能帶示意圖---------------------------------------------------------------------- 6
圖1-2-2：基態具有同階性的反式-聚乙炔的結構--------------------------------------------7
圖1-2-3：在帶溝中感應出孤波子態的示意圖------------------------------------------------7
圖1-2-4：聚3-烷基?吩的芳香與?型式，兩者之間能量不相
等，所以不能互相轉換-----------------------------------------------------------------8
圖1-2-5：聚3-烷基?吩形成偏極子的結構---------------------------------------------------8
圖1-2-6：在聚3-烷基?吩中，偏極子無法發生上述的共振結構式------------------9
圖1-2-7：聚3-烷基?吩形成雙偏極子的結構------------------------------------------------9
圖1-2-8：在聚3-烷基?吩中，雙偏極子可在鏈的?吩環之間傳遞電荷------------10
圖1-2-9：聚3-烷基?吩摻雜時的能階圖------------------------------------------------------11
圖1-3-1：導電高分子應用在積體電路圖案的製程-----------------------------------------13
圖1-3-2：導電高分子應用在太陽能電池示意圖---------------------------------------------13
圖1-3-3：導電高分子應用在感應器的示意圖------------------------------------------------14
圖1-3-4：鋰-聚苯胺電池裝置圖------------------------------------------------------------------15
圖1-4-1：聚3-烷基?吩的聚合反應機構(經π自由基)----------------------------------19
圖1-4-2：聚3-烷基?吩的聚合反應機構(經σ自由基)----------------------------------19
圖1-4-3：聚合後，聚3-烷基?吩可能發生的化學缺陷與結構缺陷------------------20
圖1-4-4：兩個?吩環為單元的排列情形------------------------------------------------------21
圖1-4-5：三個?吩環為單元的排列情形------------------------------------------------------21
圖1-4-6：不同的排列所造成共平面程度的減少---------------------------------------------22
圖1-4-7：經氯化鐵摻雜後，聚3-烷基?吩的平面結構示意圖------------------------24
圖2-1：四點探針導電度測試-------------------------------------------------36
圖2-2：摻雜之過程示意圖----------------------------------------------------50
圖2-3：不同分子量之聚苯乙烯與其對應滯留時間的關係圖---------51
圖3-1-1：3-octylthiophene單體之1H NMR圖譜--------------------------82
圖3-1-2：共聚物之單體--------------------------------------------------------53
圖3-1-3：合成溴化烷基?吩的方法-----------------------------------------54
圖3-1-4：2,5-Dibromo 3-octylthiophene的1H NMR圖譜---------------83
圖3-1-5：2-Bromo 3-octylthiophene的1H NMR圖譜--------------------84
圖3-1-6：3’-octyl-2,2’-terthiophene之1H NMR圖------------------------85
圖3-1-7：3’-octyl-2,2’;5’,2’’-terthiophene之H1 NMR圖----------------86
圖3-1-8：中性聚合物之IR圖------------------------------------------------87
圖3-1-9：中性之CP0.21的IR圖--------------------------------------------88
圖3-1-10:中性共聚物固態薄膜之IR圖-------------------------------------89
圖3-1-11：PTOTT與PTOT之IR圖----------------------------------------90
圖3-1-12：CP0.21與CP0.04之1H NMR光譜圖-------------------------91
圖3-1-13：不同TH/OT比的共聚物之NMR圖---------------------------92
圖3-1-14：各種不同連接方式的共聚物可能結構------------------------64
圖3-1-15：PTOT與PTOTT之1H NMR圖--------------------------------93
圖3-1-16：TH/OT共聚時的莫耳比與共聚物中TH與OT莫耳比的
關係圖---------------------------------------------------------------94
圖3-1-17：IR特殊峰型比與元素分析結果之關係圖---------------------95
圖3-1-18：中性之共聚物固態薄膜之UV/vis圖--------------------------96
圖3-1-19：所有聚合物之UV/vis圖與螢光光譜圖-----------------------97
圖3-1-20：相同共聚物濃度下，TH/OT比與螢光強度之關係圖-------98
圖3-1-21：(a) PTOTT (b) CP0.04 (c) PTH 之熱重分析結果------------99
圖3-1-22：中性CP0.19之XRD繞射圖------------------------------------100
圖3-2-1：CP0.21之中性態與氧化態的IR圖------------------------------101
圖3-2-2：PTOTT之中性態與氧化態的IR圖-----------------------------102
圖3-2-3：CPOTH2:1之中性態與氧化態的UV/Vis/NIR光譜圖-------103
圖3-2-4：摻雜前後聚合物之SEM圖(放大200倍)--------------------104
圖3-2-5：各種不同TH/OT莫耳比之共聚物摻雜後之SEM圖(放大
5000倍)--------------------------------------------------------------105
圖3-2-6：摻雜後的共聚物ESCA大範圍掃描圖-------------------------106
圖3-3-1：CP0.14去摻雜現象------------------------------------------------107
圖3-3-2：CP0.14平均去摻雜速率對時間的關係------------------------108
圖3-3-3：平均去摻雜速率對共聚物組成的關係圖----------------------109
圖3-4-1：3-hexynylthiophene的1H NMR圖譜----------------------------110
圖3-4-2：PHYTH溶解與不溶部份的IR圖------------------------------111
圖3-4-3：PHYTH溶解部份之ESCA圖------------------------------------112
圖3-4-4：PHYTH溶解部份之Cl的ESCA化學位移掃描圖----------113
圖3-4-5：PHYTH之SEM及EDS圖(放大3000倍)--------------------114
表目錄
表1-1：常見的導電高分子-------------------------------------------------------------------------4
表1-3-1：導電高分子可作成不同類型的感應器---------------------------------------------14
表1-3-2：導電高分子應用於鋰電池中的各種性質-------------------------16
表3-1-1：3-烷基?吩的單體產率--------------------------------------------52
表3-1-2：合成時，所控制的條件--------------------------------------------54
表3-1-3：聚合物的簡稱及產物(TH/OT)比---------------------------------58
表3-1-4：聚合物的溶解性測定-----------------------------------------------60
表3-1-5：由元素分析所測得共聚物中的組成-----------------------------66
表3-1-6：由IR特殊峰吸收高度比推算TH /OT之莫耳比與元素
分析結果做比較(可溶部分)---------------------------------------67
表3-1-7：共聚合物薄膜和溶液的最大吸收波長位置和組成比-------68
表3-1-8：由不同有機溶液中，所鍍出的聚烷基?吩及?吩-烷
基?吩共聚物膜的最大吸收波長--------------------------------69
表3-1-9：聚合物的最大吸收波長與發光波長-----------------------------71
表3-1-10：共聚物再現性的情形---------------------------------------------72
表3-1-11：共聚物的裂解溫度比較表與分子量---------------------------73
表3-1-12：不同TH/OT比之中性共聚物鏈與鏈之間的距離----------72
表3-2-1：聚合物中性態、氧化態之導電度--------------------------------76

參考文獻

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指導教授

吳春桂(Chun-Guey Wu)

審核日期

2000-7-18

推文