Наведено результати дослідження електротранспорту в метало-полімерних плівках на основе поєднання Ni (II) з підставою Шиффа в змінніх и постійніх електричних полях. Встановлен температурно-частотна дісперсія провідності структур полі [NiSalen], візначені термоактивационного Параметри процесса перенесення носіїв заряду (НЗ). Для полімеру, что находится в окісленні стані, Виявлено більш високий рівень електроактивних. В рамках Теорії струмів, обмеження просторова зарядом (ТОПЗ), розраховані мікропараметрі, что характеризують перенесення НЗ.

Анотація Наукової статті з нанотехнологій, автор Наукової роботи - Аванесян Вачаган Тигранович, Бордовській Володимир Олексійович, Потачев Сергій Олександрович, Пучков Михайло Юрійович


 

The results of the research of the electrotransport in metallopolymer thin films on the basis of the composition of Ni (II) with Shiff "s base in a. c. and d. c. electric fields are presented. The temperature and frequency dispersion of the conductivity of poly [NiSalen] structures, as well as thermally activation parameters of the mechanism of the electransfer are identified. The higher level of electroactivity is found out for the polymer in the oxidized condition. The microparameters describing electransfer process are calculated in the framework of the current limited by the spatial charge theory.

Область наук:

  • нанотехнології

Рік видавництва: 2009 Журнал: Известия Російського державного педагогічного університету ім. А.І. Герцена

Наукова стаття на тему 'Перенесення носіїв заряду в металополімерніх плівках полі [NiSalen]'

Текст Наукової роботи на тему «Перенесення носіїв заряду в металополімерніх плівках полі [NiSalen]»

 

?В. Т. Аванесян, В. А. Бордовській, С. А. Потачев, М. Ю. Пучков

Перенесені НОСІЇВ заряду в металополімерній ПЛІВКАХ ПОЛІ [№8а1еп]

Наведено результати дослідження електротранспорту в метало-полімерних плівках на основе поєднання N1 (1.1) з підставою Шиффа в змінніх и постійніх електричних полях. Встановлен температурно-частотна дісперсія провідності структур поли ^ 1Ба1еп], візначені термоактивационного Параметри процесса перенесення носіїв заряду (НЗ). Для полімеру, что находится в окісленні стані, Виявлено більш високий рівень електроактивних. В рамках Теорії струмів, обмеження просторова зарядом (ТОПЗ), розраховані мікропараметрі, что характеризують перенесення НЗ.

Ключові слова: металополімер, провідність, енергія актівації, рухлівість

40

V. Avanesyan, V. Bordovskiy, S. Potachev, M. Puchkov

THE TRANSFER OF CHARGE CARRIERS IN POLY [NiSalen] METALPOLYMER FILMS

The results of the research of the electrotransport in metallopolymer thin films on the basis of the composition of Ni (II) with Shiff's base in a. c. and d. c. electric fields are presented. The temperature and frequency dispersion of the conductivity of poly [NiSalen] structures, as well as thermally activation parameters of the mechanism of the electransfer are identified. The higher level of electroactivity is found out for the polymer in the oxidized condition. The microparameters describing electransfer process are calculated in the framework of the current limited by the spatial charge theory.

Key words: metallopolymer, conductivity, energy of activation, carrier mobility.

У Сейчас годину отрімані Нові полімерні матеріали, в якіх підвіщеної електропровідністю володіють макромолекул або Певної чином побудовані надмолекулярні освіти, так звані «супрамолекули» -ассоціаті, что включаються в свою структуру як Органічні макромолекул, так и неорганічні іоні. Відмінною рісою ціх матеріалів є наявність металевих Іона, вбудований в полімерну матрицю на молекулярному Рівні.

В останні десятиліття ведуться активні дослідження редокс-поли-мерів, зокрема, на Основі мономерних комплексів [NiSalen], что володіють, при простоті виготовлення, нетрівіальнімі властівостямі - такими, як електропровідність, електрохромноє и фоточутлівість, что Робить їх перспективними для использование в якості базових елементів для виробництва електрокаталітічні прістроїв, мікроелектрохіміческіх датчіків и транзісторів [6, с. 38]. Особлівістю зазначеним металлополимеров є можлівість їх Існування в двох формах: окісленої и відновленої, при цьом перенесення НЗ (електронів) відбувається за рахунок окіслювально-відновних реакцій между сусіднімі фрагментами ланцюга за участю металевих центрів при збереженні супрамолекулярної Структури [5, с. 763].

Розширення практичного! Застосування редокс-полімерів обмежується відсутністю детальної информации про процес електропереносу в структурі при різніх условиях - при зміні температури навколишнього середовища, напруженості и частоти прікладається електричного поля. У даній работе проводитися Вивчення електричних характеристик тонкопленочной редокс-полімерної Структури полі [NiSalen] поза електролітній середовища.

Досліджувані зразки були отрімані методом електрохімічного синтезу вихідних мономерів [NiSalen] [5, с. 764] на підкладці з полірованого скла з нанесенням на неї проводять кулею SnO2 (Нижній електрод). Методика Отримання зразків дозволяла сінтезуваті плівки полімеру в основном в окислених и відновленому станах при варіюванні потенціалу на електроді. Сінтезовані плівки малі товщина около 1 ^ ш.

Верхній прітіскної електрод БУВ Виконання з станіолевой фольги. Вивчення провідності на змінному струмі в частотному діапазоні ф = 25-106 Гц проводять Із ЗАСТОСУВАННЯ шірокосмугового вімірювача імітанса Е7-20 з урахуванням геометричність Розмірів вимірювальної коміркі. Провідність в постійному полі досліджувалася при подачі на тонкоплівкові зразки напруги в інтервалі і = 0 .. .10 В від стабілізованого джерела живлення М ^ єси ІУ3005. Визначення сили Струму I, что протікає через полімерну плівку, проводити с помощью шірокодіапазонного електрометрічного вольтметра В7-57. Всі вимірювання здійснюваліся при температурі Т = 293 К.

На рис. 1 представлені частотні залежності провідності ВФ досліджуваніх зразків полі [№8а1еп] відновленої и окісленої форми, візначеної Розрахунковим Шляхом Із співвідношення в = аCtgS, де а = 2пФ. Отрімані дані показують, что з ростом частоти вимірювального поля відбувається Збільшення значення параметра в досліджуваніх плівок Металополімері, при цьом окислена форма характерізується більш високим рівнем провідності, что узгоджується з данімі, отриманий при дослідженні аналогічніх структур в електролітній середовіщі [5, с. 766].

Мал. 1. Частотний залежність провідності полімерної плівки: 1 - відновленого і 2 - окислення стану

Частотні залежності провідності опісуються виразі в ~ ф де значення параметра 5 для двох форм полімеру наведені в табл. 1. Величина частотного параметра 5 < 1 є одним з характерних ознака стрибкова механізму перенесення НЗ [8, с. 143]. Прояв зазначеним типом електропереносу в досліджуваніх зразки підтверджується можлівістю обміну Електрон между металевий центрами з різнімі зарядовим станом за рахунок перебудови системи сполучення ж-зв'язків лигандной системи [5, с. 766; 7, с. 993]. На частотної залежності провідності зразків Металополімері, что находится в редокс-стані (рис. 2), можна віділіті две ділянки, что відповідають значенням параметра 5 = 0,9 (30-103Гц) й 5 = 0,8 (103-106 Гц).

Таблиця 1

Значення статечні сертифіката № я для зразків полімерної Структури полі [8а! ЄП] різніх форм

Форма полімеру Частота, Гц Показник 5

Відновлена ​​25-2-105 0,63

2-105-5-105 1,9

5-105-106 1,6

Окислена 25-2-103 0,4

2-103-2-105 1,2

2-105-106 0,6

/ Гц

Мал. 2. Частотний залежність провідності полімерної плівки редокс-форми

У даного випадка провідність характерізується проміжнім значення по відношенню до величини, встановленої для зразків відновленої и окісленої форм, что НЕ збігається з теоретичним Висновки [6, с. 35]. На початкових етапі дослідження процесса електропереносу в з'єднанні полі [№8а1еп] можна допустіті можлівість Утворення Додатковий каналів провідності, зумовленіх характером перебудови п-сполучень при окісленні полімеру [5, с. 776]. Даній факт пояснює велику електропровідність Металополімері окісленої форми, что підтверджується розрахунком ЕНЕРГІЇ актівації за результатами дослідження температурних перелогових пітомої провідності (рис. 3).

Представлені експериментальні дані дозволяють віділіті на залежності про (Т) два температурних ділянки: Т = 290-330 К, на якому відбувається Зменшення Величини провідності, и Т = 330-400 К, де з підвіщенням температури провідність досліджуваніх зразків збільшується. Значення ЕНЕРГІЇ актівації для відновленої и окісленої форм полі [№Ба1еп] склалось 0,54 и 0,22 еВ відповідно.

Мал. 3. Температурна залежність пітомої провідності полімерної плівки: 1 - відновленого і 2 - окислення стану, / = 1 кГц

На рис. 4 наведена Температурна залежність провідності для плівковіх зразків досліджуваного Металополімері редокс-форми. У даного випадка можна віділіті две області: нізькотемпературну, в Якій Вплив температури незначна, и високотемпературна, что відповідає Деяк зростанню провідності. Підвищення частоти вимірювального поля виробляти до Зменшення ЕНЕРГІЇ актівації; так, при / = 1 кГц ее значення ставити 0,52 еВ, а для / = 2 кГц - 0,46 еВ.

Мал. 4. Температурна залежність пітомої провідності полімерної плівки редокс-стану для частот вимірювального поля: 1 - 1 кГц, 2 - 2 кГц

Вивчення процесів провідності плівок полі [№8а1еі] на постійному струмі проводять методом вольт-амперних характеристик (ВАХ). На рис. 5 представлені експериментальні залежності для зразків досліджуваніх ме-таллополімерніх структур відновленої форми, які відповідають омічнім залежних. Зміна полярності прікладається напруги НЕ впліває на характер поведінкі вольтамперних кривих.

Мал. 5. Вольт-амперна характеристика бланках Металополімері відновленої форми: 1 - при позитивному і 2 - негативному потенціалах на нижньому електроді

Для зразків полі [№8а1еп] окісленої форми ВАХ характерізується функцією, типів для ТОПЗ [4, с. 160], тобто зі збільшенням напруги, что подається на Вказаним зразок, функція / (Ц) растет за лінійнім законом (рис. 6), а вищє Деяк значення напруги в.о. спостерігається ее квадратична залежність. Поведінка ВАХ на початковій ділянці вимірювання может буті обумовлено прісутністю рівноважніх НЗ в обсязі металополімерної плівки, а в області Подальшого Збільшення електричного поля - відповідає процесса електропереносу в условиях Захоплення НЗ на Локальні стану, нерівномірно розподілені по ЕНЕРГІЇ [2, с. 33].

/, Л-10-7

Мал. 6. Вольт-амперна характеристика бланках Металополімері окісленої форми: 1 - при позитивному і 2 - при негативному потенціалах на нижньому електроді

Природа локальних станів в зразки полімеру окісленої форми, что обумовлюють формирование просторова заряду, что обмежує протікає через зразок ток, может буті пов'язана з обрів зв'язків в полімерного ланцюга, зі зниженя ароматичности фенільніх кілець, что входять в структуру полі [№Ба1еп ] и з освітою в ній олігомерів [8, с. 144]. Процесса Накопичення заряду в обсязі спріяє кож включення іонів фонового

електроліту (С104), что зберегліся в структурі после Завершення процесса синтезу полімерної плівки. Концентрація останніх, за данімі рентгенофо-тоелектронной спектроскопії [7, с. 1000], значний вищє в зразки окісленої форми.

У даного випадка величина пітомої провідності плівки полі [№Ба1еп] окісленої форми а візначається по омічному ділянці експериментальної ВАХ, а відповідні значення мікропараметров, что характеризують процес електропереносу, могут буті знайдені при вікорістанні відомого співвідношення

а = ^ Впе, (1)

де ^ - рухлівість НЗ, в - заряд електрона, пе - концентрація вільніх НЗ.

Согласно з висновка Теорії ТОПЗ [4, с. 160] параметр пе розраховується за формулою

пе = 88оіо / вЬ2, (2)

де 8 - діелектрічна пронікність бланках (за данімі роботи [1, с. 2089] в = 2,1), 8о - електрична Постійна, а Ь - товщина полімерної плівки.

Результати розрахунку рухлівості и концентрації вільніх НЗ для зразків Металополімері окісленої форми, проведеного з урахуванням експериментального значень в.о. и в, дані в табл. 2:

Таблиця 2

Дані розрахунку мікропараметров, что характеризують процес перенесення носіїв заряду в структурі полі [8а! ЄП] окісленої форми

Позитивний Потенціал в.о., В Пв, м-3 ц, м2-В-1-з-1

На нижньому електроді 4,7 6,5-1020 6,8-10-8

На верхньому електроді 2 2,7-1020 2,9-10-8

Розрахункові значення (табл. 2) добро узгоджуються з данімі, отриманий для аналогічного класу редокс-полімерів [3, с. 7], что дозволяє сделать Висновок про можлівість! Застосування обраної моделі для АНАЛІЗУ процесса переносу в досліджуваніх металополімерніх структурах.

Таким чином, на підставі проведеного дослідження можна сделать следующие Висновки:

1. Аналіз експериментального Даних температурно-частотної дісперсії провідності полімерних структур на основе комплексу N1 (11) вказує на можлівість реализации механізму стрибкова перенесення заряду между відповіднімі редокс-центрами з різнім зарядовим станом в структурі полімеру.

2. Нелінійній характер ВАХ тонкоплівковіх зразків полі [№Ба1еп], что знаходяться в окісленні стані, обумовлених великим ступенів їх електроактивних. В рамках Теорії ТОПЗ візначені мікропараметрі, что характеризують процес електропереносу в досліджуваніх тонкоплівковіх полімерних структурах.

Автори статті вісловлюють подяку професору Г. А. Шагісултано-вої за надані зразки.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Аванесян В. Т., Пучков М. Ю. частотних дісперсія діелектрічніх характеристик в полімерних плівках на основе комплексу [NiSalen] // ФТТ. 2007. Т. 49. № 11. С. 2190.

2. Аванесян В. Т., Пучков М. Ю. Електричні Властивості полімеру на основе комплексного з'єднання Ni (II) // ЖТФ. 2008. Т. 78. № 6. С. 1950.

3. Мячина Г. Ф. Електропровідні, фоточутліві и редокс-активні полімери: Автореф. дис. ... д-ра хім. наук. - Іркутськ, 2004. - 46 с.

4. СажінБ. І. Електричні Властивості полімерів. - Л.: Хімія, 1986. - 224 с.

5. Семенистий Т. В., Шагісултанова Г. А. Механізм електрохімічного синтезу електропровідніх и фотоактивних полімерів на основе комплексів перехідніх металів // Коордінаційна хімія. 2003. Т. 29. № 10. С. 960.

6. Тимонов А. М., Васильєва С. В. Електронна провідність полімерних з'єднань // Соросівській освітній журнал. 2000. Т. 6. № 3. С. 511.

7. Шагісултанова Г. А., Щукарев А. В., Семенистий Т. В. возможности методу РФЕ-спектроскопії при вівченні Будови и властівостей полімерів на основе комплексних Сполука перехідніх металів з підставамі Шиффа // Журнал неорганічної хімії. 2005. Т. 50. № 6. С. 1950.

8. Avanesyan V., Bordovskii V., Puchkov M., Shagisultanova G., Vovk G. Materials of 9th International Conference on Dielectric & Related Phenomena. Poznan, Poland, 2006. P. 344.

Ключевые слова: металополімер / провідність / енергія актівації / рухлівість / metallopolymer / conductivity / energy of activation / carrier mobility

Завантажити оригінал статті:

Завантажити