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聚乙炔是一种共轭聚合物,其分子结构具有交替的单双键,形成了特殊的共轭体系。这种结构使得电子可以在分子链上自由移动,是聚乙炔具有导电性的基础。
在聚乙炔的共轭体系中,π电子可以离域,不局限于特定的双键位置,而是在整个分子链上自由移动。这种电子离域性是导电性的基础。π电子的离域使得电子可以在外部电场的作用下定向移动,形成电流。
纯聚乙炔的导电性有限,但通过掺杂可以显著提高其导电性。掺杂是指向聚合物中引入电子受体(如碘)或电子给体(如钠)。氧化掺杂会从聚乙炔中提取电子,形成正电荷载流子;还原掺杂则向聚乙炔注入电子,形成负电荷载流子。掺杂后的聚乙炔导电性可提高10的8次方倍,成为优良的导电聚合物。
聚乙炔的导电机理基于其共轭π电子体系和掺杂引入的载流子。在电场作用下,这些载流子可以定向移动形成电流。聚乙炔作为第一个被发现的导电聚合物,开创了有机导电材料的研究领域。它的应用非常广泛,包括导电塑料、电池电极材料、电磁屏蔽材料和各种传感器等。这些应用充分利用了聚乙炔兼具塑料柔性和金属导电性的独特优势。
总结来说,聚乙炔确实能够导电,这主要归功于其分子结构中存在的交替单双键形成的共轭体系。在这个体系中,π电子可以离域并在分子链上移动。虽然纯聚乙炔的导电性有限,但通过掺杂可以引入更多载流子,显著提高其导电性,掺杂后的导电性可提高10的8次方倍。聚乙炔的发现开创了导电聚合物研究领域,为此项研究的科学家白川英树、艾伦·希格和艾伦·麦克迪尔米德获得了2000年诺贝尔化学奖。