elektoch 9


Barbara Kempska

Ćwiczenie nr 9

Badanie zmian przewodnictwa elektrycznego w funkcji czasu domieszkowania akceptorami elektronów (I2) dla poli(3-alkilotiofenu) - pomiary „in situ”.

Wstęp teoretyczny

W polimerach niedomieszkowanych występuje mała koncentracja nośników ładunku, a tym samym wykazują one stosunkowo małe przewodnictwo elektryczne. Wzrost przewodnictwa możemy uzyskać w wyniku procesu domieszkowania. W procesie tym generowane są nowe nośniki ładunku - rodniko -jony. Aniono- rodnik powstaje na skutek dostarczenia do układu donora elektronów, który wywołuje reakcję redukcji. W przypadku wprowadzenia do polimeru akceptora elektronów następuje utlenienie łańcucha przez usunięcie elektronu i wytwarzany jest kationo - rodnik.

Efektywność domieszkowania zależy od potencjału jonizacji polimeru (Ip), gdy stosowany jest akceptor elektronów albo od powinowactwa do elektronów (EA), gdy stosowany jest donor elektronów. Wielkości te są podstawowymi parametrami struktury pasmowej. Należą do nich również szerokość pasma π elektronów (BW) i wielkość przerwy energetycznej (Eg).

Model struktury pasmowej półprzewodnika przedstawia poniższy rysunek.

0x01 graphic

gdzie: EA, Eg, Ip, Bw -podane wcześniej, EF - poziom Fermiego

Eg decyduje o przewodnictwie elektrycznym w stanie niedomieszkowanym, a Bw charakteryzuje stopień delokalizacji elektronów π w paśmie i związany jest z ruchliwością nośników ładunku.

Do najszerzej stosowanych akceptorów elektronów należą m.in. AlCl3, FeCl3, SbF5, I2 itd. Typowymi donorami elektronów są Li, Na, K.

Domieszkowanie chemiczne można przeprowadzać z fazy gazowej lub roztworu. Jest to proces odwracalny. Utleniony polimer można zneutralizować działając czynnikami donorowymi, podobnie działając akceptorami elektronów neutralizujemy aniono - rodnik.

Właściwość ta wykorzystywana jest w odwracalnych ogniwach elektrycznych w których procesy te zachodzą na drodze elektrochemicznej.

Część doświadczalna

Celem ćwiczenia jest określenie zmian przewodnictwa elektrycznego od czasu domieszkowania I2 dla poli(3-alkilotiofenu).

Schemat ideowy aparatury do pomiaru:

0x01 graphic

I. Przebieg ćwiczenia:

1. Pastylkę z naniesionymi elektrodami, po podłączeniu do aparatury pomiarowej, umieszczono w naczyniu, w którym znajdowały się pary jodu o prężności 10 tor (co odpowiada temperaturze pomiaru 73˚C).

2. Włączono elektrometr i zasilacz prądu stałego. Przełącznik zasilacza prądu stałego ustawiono na 40 V.

3. Badania prowadzono przy stałym napięciu zasilającym 40 V odczytując z elektrometru opór płynącego prądu początkowo co 1 minutę (10 odczytów), później co 2 minuty.

4. Pomiary prowadzono aż do ustalenia się wskazań elektrometru.

II. Wyniki pomiarów.

t [min]

R [Ω]

t [min]

R [Ω]

0

12000000

54

65543

1

1855000

56

64862

2

858700

58

63983

3

561020

60

63257

4

413230

62

62427

5

330890

64

61740

6

277030

66

61239

7

235740

68

60161

8

207610

70

59838

9

187250

72

59097

10

167411

74

58625

12

136544

76

58152

14

122768

78

57506

16

114919

80

57133

18

106966

82

56827

20

100096

84

56342

22

94502

86

55728

24

94788

88

55313

26

90525

90

55039

28

87373

92

54457

30

84011

94

54195

32

81486

96

53832

34

79298

98

53377

36

75666

100

53071

38

74857

102

52846

40

73548

104

52393

42

71981

106

52144

44

71168

108

51913

46

69737

110

51615

48

68624

112

51555

50

67914

114

51170

52

66587

116

50944

III. Dla danych czasów domieszkowania wyznaczam przewodnictwo właściwe elektryczne σ.

Korzystam z zależności:

0x01 graphic
[0x01 graphic
]

gdzie:

d - grubość pastylki, cm d = 0,164 cm

S - powierzchnia elektrody, cm2 S = π r2

r - promień elektrody, mm r = 2 mm

S = π (0,2)2 = 0,1257 cm2

R - opór, Ω

Wyniki obliczeń zestawiam w tabeli:

t [min]

R [Ω]

σ [S/cm]

t [min]

R [Ω]

σ [S/cm]

0

12000000

1,0211E-07

54

65543

1,9906E-05

1

1855000

7,0334E-07

56

64862

2,0115E-05

2

858700

1,5194E-06

58

63983

2,0391E-05

3

561020

2,3256E-06

60

63257

2,0625E-05

4

413230

3,1573E-06

62

62427

2,0900E-05

5

330890

3,9430E-06

64

61740

2,1132E-05

6

277030

4,7096E-06

66

61239

2,1305E-05

7

235740

5,5345E-06

68

60161

2,1687E-05

8

207610

6,2843E-06

70

59838

2,1804E-05

9

187250

6,9677E-06

72

59097

2,2077E-05

10

167411

7,7934E-06

74

58625

2,2255E-05

12

136544

9,5551E-06

76

58152

2,2436E-05

14

122768

1,0627E-05

78

57506

2,2688E-05

16

114919

1,1353E-05

80

57133

2,2836E-05

18

106966

1,2197E-05

82

56827

2,2959E-05

20

100096

1,3034E-05

84

56342

2,3157E-05

22

94502

1,3806E-05

86

55728

2,3412E-05

24

94788

1,3764E-05

88

55313

2,3587E-05

26

90525

1,4413E-05

90

55039

2,3705E-05

28

87373

1,4932E-05

92

54457

2,3958E-05

30

84011

1,5530E-05

94

54195

2,4074E-05

32

81486

1,6011E-05

96

53832

2,4236E-05

34

79298

1,6453E-05

98

53377

2,4443E-05

36

75666

1,7243E-05

100

53071

2,4584E-05

38

74857

1,7429E-05

102

52846

2,4689E-05

40

73548

1,7739E-05

104

52393

2,4902E-05

42

71981

1,8126E-05

106

52144

2,5021E-05

44

71168

1,8333E-05

108

51913

2,5132E-05

46

69737

1,8709E-05

110

51615

2,5277E-05

48

68624

1,9012E-05

112

51555

2,5307E-05

50

67914

1,9211E-05

114

51170

2,5497E-05

52

66587

1,9594E-05

116

50944

2,5610E-05

IV. Sporządzam wykres zależności σ = f(t).

0x01 graphic

V. Wnioski.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń i sporządzonego wykresu można stwierdzić, że przewodnictwo elektryczne właściwe poli(3-alkilotiofenu) wzrasta wraz z czasem domieszkowania. Początkowo wzrost ten jest gwałtowniejszy - jest spowodowany adsorpcją par jodu na powierzchni polimeru, a później σ dąży do pewnej stałej wartości - wzrost σ na tym etapie jest wywołany dyfundowaniem akceptora elektronów do wnętrza struktury polimeru.

Wartość σ przed domieszkowaniem wynosiła 1,0211E-07 [S/cm] a po procesie domieszkowania 2,5610E-05 [S/cm]. W ciągu 126 minut trwania procesu przewodnictwo elektryczne właściwe badanego polimeru wzrosło więc o 2,5508E-05 [S/cm].

Chcąc otrzymać polimer „lepiej” przewodzący prąd korzystne jest więc przeprowadzenie procesu jego domieszkowania. Proces wzbogacania polimeru może być jednak prowadzony tylko do pewnej granicy, gdyż, jak już to było wcześniej wspomniane, przewodnictwo właściwe polimeru rośnie do pewnej stałej wartości i dalsze prowadzenie procesu nie polepszy przewodnictwa elektrycznego danej makrocząsteczki.

Schemat reakcji utleniania poli(3-alkilotiofenu) jodem:

1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ćw 3 Elektorforeza Bzducha
Elektor Electronics No 10 10 2011
Diody1, 1. TECHNIKA, Elektryka - Elektronika, Elektrotechnika, Podstawy elektotechniki i elektroniki
Diody1, 1. TECHNIKA, Elektryka - Elektronika, Elektrotechnika, Podstawy elektotechniki i elektroniki
Elektor Electronics UK November 2012 (True PDF)
Lampowy korektor graficzny, 1. TECHNIKA, Elektryka - Elektronika, Elektrotechnika, Podstawy elektote
elektolecznictwo, Fizjoterapia CM UMK, Podstawy fizjoterapii instrumentalnej
Elektornika teoria Rezystory
MICHALKIEWICZ W poszukiwaniu elektoratu (2)
Cw 27maciej, TRANSPORT, SEMESTR VI, ELEKTRONIKA II, elektonika 2 lab(1), Cw 27
Cw 27macie2j, TRANSPORT, SEMESTR VI, ELEKTRONIKA II, elektonika 2 lab(1), Cw 27
wyznaczanie równoważnika elektorchemicznego miedzi i stałej?radaya
Wyznaczanie sliły elektomotorycznej ogniw metodą kompensacji
Analiza firmy elektornicznej (8 stron)
pierdolone sprawozdanie z pierdolonej elektorniki kurwa w dupe mac
Elektornika teoria Kondensatory
ELEKTORNIKA TRANZYSTORY POLOWE
Diody prostownicze, 1. TECHNIKA, Elektryka - Elektronika, Elektrotechnika, Podstawy elektotechniki i
elektonika główna, Elektronika 2 laboratorium

więcej podobnych podstron