ĐỀ TÀI
Bảo vệ kim loại chống ăn mòn bằng vật liệu Polyme dẫn điện cấu trúc
nano.
Thời gian thực hiện: 2005 - 2006
Cơ quan chủ trì: Viện Kỹ thuật Nhiệt Đới
Chủ nhiệm: TS. Nguyễn Thị Lê Hiền
Cán bộ tham gia:
TS. Nguyễn Thị Lê Hiền, TS. Nguyễn Tuấn Anh, TS. Đinh Thị Mai Thanh,
TS. Lê Thu Quý, ThS. Nguyễn Văn Khương, KS. Vũ Văn Bình, KS. Lê Đức
Bảo, ThS. Phạm Thị Phượng, ThS. Lý Quốc Cường.
Tổng kinh phí: 270 triệu
Mục tiêu
Tập trung nghiên cứu vào 02 loại vật liệu chính sau: (i) lớp phủ nano-
composit bền ăn mòn tổng hợp bằng phương pháp điện hóa và (ii) nghiên
cứu tổng hợp polyanilin dẫn điện kích thước nano và khả năng bảo vệ chống
ăn mòn của nó.
Nội dung nghiên cứu
Lớp phủ nano - composit bền ăn mòn tổng hợp bằng phương pháp điện hóa.
- Nghiên cứu quá trình thụ động thép trong dung dịch tạo Ppy.
- Tổng hợp màng Ppy bằng phương pháp điện hóa.
- Nghiên cứu các đặc tính của màng.
- Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng polime dẫn điện.
- Lớp phủ liện hợp polime dẫn /Epoxy.
Nghiên cứu tổng hợp polyanilin dẫn điện kích thước nano và khả năng
chống ăn mòn của nó.
- Chế tạo kích thước nano.
- Nghiên cứu tính chất của PAni thu được.
- Sử dụng PAni kích thước nano bảo vệ chống ăn mòn kim loại.
- Sử dụng lớp phủ Epoxy chứa PAni làm lớp phủ lót.
Kết quả đạt được
Nghiên cứu chế tạo thành công màng nano-composit bền ăn mòn trên cơ sở

Ppy và nano oxit sắt trực tiếp trên nền thép trong dung dịch tetraoxalat
0,05M, có mặt chất hoạt động bề mặt DS 10
-4
M chứa 1g/l nano oxit sắt với
hiệu suất ổn định khoảng 60%.
Các kết quản phân tích phổ raman, CS-AFM và nghiên cứu cơ chế bảo vệ
chống ăn mòn của lớn phủ composit đã chỉ ra rằng sự có mặt của nano oxit
sắt trong Ppy đã làm cho màng polime dẫn sít chặt hơn, ở trạng thái oxy hóa
cao hơn, chính vì vậy có khả năng cung cấp điện tích dương khi kim loại bị
ăn mòn và đưa sắt thép vào trạng thái thụ động (khả năng tự sửa chữa).
γ-Fe
2
O
3
có mức độ oxy hóa cao nhất lại có từ tính, do đó hiệu quả bảo vệ cao
hơn so với Fe
3
O
4
. Màng Ppy/γ- Fe
3
O
4
(dầy 3-4µm) bảo vệ kim loại trong
dung dịch NaCl 3% khoảng 644 giờ, gấp 3 lần so với màng Ppy/γ- Fe
3
O
4
và
gấp 17 lần so với lớp phủ vắng mặt oxit. Trong môi trường axit, màng phủ

này có khả năng bảo vệ kim loại khoảng 130 giờ trong HCl pH2 và khoảng
2000 giờ trong H
2
SO
4
pH2.
Lớp phủ liên hợp nano composit Ppy/γ- Fe
2
O
3
và epoxy (dầy 26-27µm) có
khả năng bảo vệ kim loại hơn 20 tuần, trong khi đó màng epoxy vắng mặt
lớp lót đã bị ăn mòn sau 1 ngày thử nghiệm.
Đã tổng hợp thành công PAni kích thước nano (nanotube, nanowire và nano
particle) bằng phương pháp hóa học hoặc điện hóa trong các dung dịch khác
nhau có và không có mẫu dưỡng (CNT, Al
2
O
3
, SiO
2
, ZnO).
Với hàm lượng tối ưu rất nhỏ 1% PAni particle được phân tán trong lớp phủ
epoxy đã cải thiện đáng kể khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ
epoxy (ngoại trừ PAni được tổng hợp trong H
2
SO
4
). PAni được tổng hợp
trong môi trường trung tính cho hiệu quả chống ăn mòn gấp 10 lần so với

PAni được tổng hợp trong môi trường axit. Tuy nhiên, thử nghiệm mù muối
với khuyết tật nhân tạo cho thấy PAni tổng hợp trong môi trường axit cho
khả năng tự sửa chữa cao hơn, tương đương với lớp phủ chứa lớp lót cromat.
Trong môi trường thử nghiệm là H
2
SO
4
, lớp phủ chứa PAni tổng hợp trong
môi trường axit có khả năng bảo vệ tương đương với lớp phủ chứa lớp lót
cromat nhưng trong môi trường thử nghiệm HCl, hiệu quả bảo vệ không cao
bằng lớp phủ chứa lớp lót cromat.
Khi dùng lớp phủ epoxy chứa PAni làm lớp lót, hệ phủ epoxy có dòng ăn
mòn và tốc độ ăn mòn giảm đi hơn 2 bậc độ lớn so với lớp phủ epoxy vắng
mặt PAni cùng chiều dầy tổng.
Việc sử dụng màng nano-composit Ppy/oxit và lớp phủ epoxy chứa PAni
như lớp lót trong hệ sơn phủ đã làm tăng đáng kể hiệu quả bảo vệ chống ăn
mòn của lớp phủ hữu cơ
Kết quả đào tạo
Đã đào tạo 03 thạc sỹ, 03 sinh viên của trường ĐHSP Hà Nội và ĐHQG Hà
Nội.
Sản phẩm khoa học
Hơn 20 công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài đã được công bố trên các
tạp chí khoa học và hội nghị, hội thảo.
Dùng polyme để chống ăn mòn kim loại
Các hợp chất cromat đang được sử dụng rộng rãi để chống ăn
mòn cho các bề mặt kim loại. Tuy nhiên, các hợp chất này có một
nhược điểm lớn là chứa crom hóa trị 6 - một chất gây ung thư và là
nguyên nhân gây ung thư phổi. Vì cromat rất nguy hiểm đối với sức
khỏe của con người nên Cục quản lý an toàn và sức khỏe nghề
nghiệp của Mỹ đang đề nghị giới hạn mức phơi nhiễm cromat tại nơi

làm việc ở mức 1μg/m
3
(giảm 50 lần so với giới hạn hiện nay tại Mỹ
và nhiều nước châu Âu). Do đó, các nỗ lực nghiên cứu các chất thay
thế cromat đang được thực hiện tại các trường đại học và các công
ty tư nhân ở Mỹ, mục đích là sản xuất các polyme dẫn điện. Có một
số lý thuyết nói về cơ chế bảo vệ kim loại của các polyme dẫn điện.
Chúng có thể tạo ra một lớp chắn trên bề mặt kim loại, tạo ra lớp
oxit kim loại (thụ động hóa) hoặc bảo vệ bề mặt kim loại bằng sự
hình thành điện trường tại bề mặt kim loại, hạn chế dòng điện tử đi
từ kim loại đến chất oxy hóa.
Các nhà nghiên cứu Zarras và John Stenger Smith tại China Lake,
California đã phát triển polyme dẫn điện có tên gọi là poly (2,5-bis-
(N-metyl-N-hexylamin)phenylen vinylen) (BAM-PPV) có khả năng
thay thế cromat. BAM - PPV là vật liệu bán dẫn có khả năng kìm hãm
sự ăn mòn hợp kim nhôm trong các thí nghiệm sương muối trung
tính. Hiện nay, Zarras đang thử nghiệm công thức của ông trên hợp
kim nhôm - đồng có tên là 2024-T3 thường được sử dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.
Công ty Crosslink cũng đang thử nghiệm chất ức chế ăn mòn đã
nghiên cứu trên 2024-T3. Chất ức chế được gọi là DMcT (2,5-
đimecapto-1,3,4-thiazol) được sử dụng làm chất kích tạp trong
polyanilin, một loại polyme dẫn điện dùng để sơn kim loại.
Theo Crosslink, DMcT là một anion. Khi ăn mòn xảy ra, lớp phủ giải
phóng anion này và làm ngừng quá trình ăn mòn, giống như cơ chế
cảm biến - đáp ứng. đây thực sự là một màng sơn thông minh.
Polyanilin hoặc một polyme dẫn điện khác có bổ sung DMcT được
sử dụng làm lớp phủ kim loại. Khi lớp phủ này bị phá vỡ thì sự ăn
mòn xảy ra.
Lớp phủ polyanilin tích điện dương còn DMcT tích điện âm, do đó

chất ức chế được giữ lại trong lớp phủ. Tuy nhiên, khi polyanilin bị
khử do sự oxy hóa kim loại nó sẽ trở thành trung tính và đẩy anion
ra khỏi lớp màng. Như vậy, có sự giải phóng anion theo cách được
kiểm soát.
Một hướng nghiên cứu khác về các chất polyme thay thế đang
được thực hiện tại đại học Rhode Island nơi mà các nhà nghiên cứu
đã phát triển polyme sợi kép có chứa polyanilin. Hai sợi này đan xen
vào nhau giống như hình xoắn kép của ADN.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng hợp kim 2024-T3, và họ thấy
rằng, polyme dẫn điện tạo ra sự bảo vệ tương tự như cromat trong
khoảng thời gian dài, trong cả một số quy trình thử phun muối theo
tiêu chuẩn công nghiệp và trong quá trình thử nghiệm tại phòng thí
nghiệm. Khi polyme này được bổ sung vào lớp mạ điện và được sử
dụng để bảo vệ các thân xe ôtô, nó đã làm tăng hiệu quả của lớp
mạ.
Có 2 dòng polyme khác nhau được sử dụng. Dòng thứ nhất là
polyme dẫn điện, polyanilin; dòng thứ hai là polyme tích điện âm, ví
dụ axit polyacrylic, để làm ổn định polyanilin. Axit polyacrylic được bổ
sung vào nhằm giúp cho việc phối trộn polyme với nhựa gốc để phủ
kim loại.
Các polyme dùng thay thế cromat đều không chỉ có các tính năng
chống ăn mòn mạnh mà chúng còn kinh tế và dễ gia công.
NGUYỄN HƯƠNG
Theo Chemistry & Industry, 4/2005
Phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ
PHÒNG NGHIÊN CỨU SƠN BẢO VỆ
Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ là một trong 9 phòng chuyên môn của Viện
Kỹ thuật nhiệt đới
Thành viên trong phòng
Phòng có 7 cán bộ trong biên chế gồm 4 tiến sĩ, 1 thạc sĩ, 1cử nhân, 1 kỹ

sư
- TS. NCVC. Tô Thị Xuân Hằng, Trưởng phòng,

- TS. NCVC. Trịnh Anh Trúc, Phó trưởng phòng,

- TS. NCVC. Nguyễn Tuấn Dung,
- TS. Bùi Trần Lượng,
- ThS. Phạm Gia Vũ,
- CN. Vũ Kế Oánh,
- KS. Nguyễn Sĩ Ly,
Lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động:
Nghiên cứu
- Lớp phủ hữu cơ: Nghiên cứu ảnh hưởng của chất tạo màng,
pigment và phụ gia đến tính chất bảo vệ của lớp phủ. Nghiên cứu cơ chế bảo
vệ chống ăn mòn của các màng sơn. Thử nghiệm gia tốc và phơi mẫu tự
nhiêm các hệ lớp phủ hữu cơ.
- Nghiên cứu xử lý bề mặt thép trước khi sơn không độc hại, thân
thiện môi trường
- Nghiên cứu ứng dụng phụ gia cấu trúc nano trong chế tạo các lớp
phủ polyme nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn kim loại. Nghiên cứu chế
tạo phụ gia nano mang ức chế ăn mòn. Nghiên cứu cơ chế bảo vệ chống ăn
mòn của màng nanocompozit.
- Polyme dẫn: Tổng hợp polyme dẫn bằng phương pháp điện hóa và
hóa học. Nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn kim loại bằng polymer dẫn, sử
dụng polyme dẫn như phụ gia ức chế ăn mòn kim loại. Ứng dụng polyme
dẫn trong chế tạo sensor môi trường.
Triển khai:
Hợp tác nghiên cứu triển khai với các lớp phủ bảo vệ hữu cơ bảo vệ
chống ăn mòn kim loại tại các cơ sở công nghiệp:
- Tập đoàn than và khoáng sản Việt Nam.

- Công ty Sơn Hải Phòng
- Viện Luyện kim đen
- Tổng công ty xăng dầu
Đào tạo:
- Đào tạo Tiến sĩ, thạc sĩ, thực tập tốt nghiệp trong lĩnh vực khoa học vật
liệu , bảo vệ chống ăn mòn kim loại bằng các lớp phủ hữu cơ.
Hợp tác quốc tế:
- Hợp tác quốc tế trong lĩnh vực lớp phủ bảo vệ hữu cơ, thân thiện
môi trường, ức chế ăn mòn kim loại, vật liệu thông minh với các sơ sở
nghiên cứu sau:
- CIRIMAT, INP Toulouse, France
- EEIGM, Nancy, France
- ITODYS, University Paris 7, France
- UPR 15 CNRS " Laboratoire des Interfaces et Systèmes
Electrochimiques ", Paris VI, France
- Laboratoire de Chimie Appliquée, ENSC Montpellier, France
- Institiute of Physics , Erst-Moritz-Arndt-University,
Greifswald,Germany
- Hybrid Center, KIST, Korea.
- Tokyo Institute for Technology, Japan
- Daint-Nippon, Japan.

Các công trình, đề tài tiêu biểu:
Các đề tài nghiên cứu
+ Đề tài cấp Viện KHCNVN, giai đoạn 2004-2005 “Nghiên cứu ứng
dụng lớp phủ clay nanocomposit bảo vệ chống ăn mòn cho các công trình
trên biển và hải đảo
+ Đề tài cấp Viện KHCNVN, giai đoạn 2006-2007 “Nghiên cứu chế tạo
lớp phủ nanocomposit bảo vệ các thiết bị và công trình làm việc trong điều
kiện môi trường biển” .

+ Đề tài nghiên cứu cơ bản cấp Nhà nước giai đoạn 2006-2008, “Nghiên
cứu kết hợp clay hữu cơ với các chất ức chế ăn mòn trong lớp phủ
nanocomposit bảo vệ chống ăn mòn kim loại”.
+ Đề tài nghiên cứu cơ bản cấp nhà nước giai đoạn 2006-2008 “Nghiên
cứu lớp phủ “thông minh” tự sửa chữa để bảo vệ chống ăn mòn cho thép cac
bon nhờ polyme dẫn lai tạp dị vòng ni tơ”
+ Đề tài nghiên cứu cơ bản cấp nhà nước giai đoạn 2006-2008 “Tổng hợp
điện hóa màng polymer chức hóa có khả năng nhậy cảm với ion kim loại”.
+ Dự án khối Pháp ngữ giai đoạn 2005-2005 “Phát triển phương pháp mới
bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại không gây ô nhiễm môi trường bằng các
lớp phủ polyme có chứa các hợp chất hữu cơ”.
Các công trình công bố tiêu biểu
1. Trịnh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Đức
Nghĩa, Jean Baptiste Jorcin, Nadine Pebere, Understanding the protection
anticorrosion for carbon steel of polyurethane nanocomposite coating based
on polyaniline/montmorillonite using Local Electrochemical Impedance
Spectroscopy, Advances in Natural Sciences, vol 7, 3-4, 2006, 237-243
2. Trịnh Anh Truc, Đào Thúy Lành, Tô Thị Xuân Hằng, The inhibition
of mild steel corrosion by an indole-3 butyric acid, Proceedings of the 14
th

Asian-pacific corrosion control conference, 21-21/10/2006 Shanghai (Chine)
3. To Thi Xuan Hang, Trinh Anh Truc, Truong Hoai Nam, Siriporn
Daosiset. Evaluation of corrosion resistance of food cans by
electrochemical impedance spectroscopy, Proceedings of the 14
th
Asian-
pacific corrosion control conference, 21-21/10/2006 Shanghai (Chine)
4. To Thi Xuan Hang, Trinh Anh Truc, Truong Hoai Nam, Vu Ke
Oanh, Jean-Baptiste Jorcin, Nadine Pébère, Corrosion protection of carbon

steel by an epoxy resin containing organically modified clay, Surface &
Coatings Technology 201 (2007) 7408–7415
5. Trịnh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Đức
Nghĩa, Jean Baptiste Jorcin, Nadine Pebere, Understanding the protection
anticorrosion for carbon steel of polyurethane nanocomposite coating based
on polyaniline/montmorillonite using Local Electrochemical Impedance
Spectroscopy, Advances in Natural Sciences, vol 7, 3-4, 2006, 237-243
6. S. Reisberg, B. Piro, V.Noel, T.D. Nguyen, P.E. Nielsen, M.C.
Pham, Investigation of the charge effect on the electrochemical transduction
in a quinine-based DNA sensor, Electrochimica Acta, 54 (2008) 346-351.
7. Trịnh Anh Trúc, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Thị Lê Hiền, Tô Thị Xuân
Hằng, Sử dụng polypyrol lai tạp với axit amino nphtalen sunfonic như chất
ức chế ăn mòn kim loại trong lớp phủ epoxy, Tạp chí hóa học, T.46, 2008,
566-571
8. Nguyễn Tuấn Dung, Đặng Lan Anh, Phạm Thị Thanh Hương, Tô
Thị Xuân Hằng, Trùng hợp điện hóa polytyramin trong môi trường nước,
Tạp chí Hóa học, T.46, No 6, tr. 681-687, 2008.
9. Nguyễn Tuấn Dung, Phùng Như Bách, Đặng Lan Anh, Tô Thị Xuân
Hằng, Tổng hợp điện hóa màng poly(1,8-diaminonaphtalen) trong môi
trường nước, Tạp chí Khoa học và công nghệ,T.46, No 3, tr. 89-93, 2008.
10. Biến tính hữu cơ clay montmorilonit K10 bằng hợp chất azo có chứa
nhóm sunfonic axit. Tô Thị Xuân Hằng, Trịnh Anh Trúc, Phạm Gia Vũ. Tạp
chí Hoá học,T 47, 287-291, 2009.
11. Nghiên cứu ảnh hưởng của clay Nanofil5 và phụ gia Tinuvin292 đến
độ bền tử ngoại của màng polyuretan clay nanocompozit. Phạm Gia Vũ, Tô
Thị Xuân Hằng, Nguyễn Quang. Tạp chí Hoá học,T 47, 4A, 753-757, 2009.
12. Biến tính clay bằng ức chế ăn mòn gốc benzothiazol và chế tạo lớp
phủ bảo vệ epoxy clay nanocompozit. Tô Thị Xuân Hằng, Phạm Gia Vũ,
Trịnh Anh Trúc. Tạp chí Hoá học, T 47, 4A, 512-515, 2009.
13. Tổng hợp nano silica hybrid sử dụng như chất ức chế ăn mòn

cholớpphủ hữu cơ trên thép cacbon. Trịnh Anh Trúc, Nguyễn Thuỳ Dương,
Tô Thị Xuân Hằng.Tạp chí Hoá học, T 47, 4A, 742-747, 2009.
14. Tổng hợp hoá học polyanilin hoạt hoá bằng camphosulfonic axit.
Nguyễn Tuấn Dung, Hồ Thu Hương, Vũ Kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng. Tạp
chí Hoá học,T 47, 4A, 44-48, 2009.
Cơ sở vật chất phục vụ nghiên cứu
- Máy đo tổng trở AUTOLAB P30
- Máy li tâm tốc độ cao 11000 vòng/phút Hettich (Đức)
- Máy trộn lắc 3 chiều
- Máy tạo màng li tâm
- Máy mài mẫu
- Hệ thiết bị xác định tính chất của lớp phủ.
- Tủ thử nghiệm mù muối
- Tủ thử nghiệm nóng ẩm tử ngoại ATLAS UVCON UC-327-2.
- Trạm phơi mẫu Quảng Ninh.
- Trạm phơi mẫu Nha Trang.

Địa chỉ liên hệ: Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà
Nội, ĐT: (04) 2187506, (04) 37564333/1086, email:
Polythiophene và dẫn xuất: Một Polymer dẫn
điện nhiều tiềm năng.
Thứ Năm, 17/02/2011, 10:28 CH | Lượt xem: 787
I) Phần 1. Trong năm 2009 các nhà khoa học đã tổng hợp
thành công Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)
hình sợi bằng phương pháp hóa học sử dụng monomer 3,4-
ethylenedioxythiophene (EDOT) với doping là BF
3
, kết quả PEDOT hình
thành với khả năng dẫn điện lên đến 150-250 S/cm. Độ bền nhiệt gia tăng

đáng kể. Hình thái của PEDOT được quan sát bằng SEM cho thấy các sợi
với chiều dài và bán kính là 10 và 0.4 µm.
Giới thiệu
- Trong hầu hết các polymer dẫn điện thì PEDOT là một loại vật liệu
polymer được ứng dụng nhiều nhất vì khả năng bền nhiệt, độ dẫn cao, độ
trong suốt cao khi được doping loại p. PEDOT được tổng hợp bằng phương
pháp hóa học bằng cách sử dụng một chất doping là một acid Lewis như
FeCl
3
,BF
3
polymer tạo thành ở dạng bột đen với độ dẫn 100S/cm. Các nhà
khoa học quan tâm làm sao để điều chế một polymer có độ dẫn cao hơn là
hiệu suất trong giai đoạn này vì thế họ đã bắt tay vào nghiên cứu để tìm ra
điều kiện tối ưu nhất.
Thí nghiệm
Bảng 1: Điều kiện tối ưu để tổng hợp PEDOT có độ đẫn cao.
- Từ bảng 1cho thấy với xúc tác là acid BF
3
trong dung môi toluen, nhóm
thế halogen là Br thì cho độ dẫn cao nhất.
Hình 1: Phản ứng tổng hợp PEDOT
- Monomer được dùng là 2,5-dibromo-3,4-ethylenedioxythiophene, dung
môi sử dụng là toluen ở nhiệt độ là 35
o
C vừa thêm từ từ BF
3
-OEt
2
và khuấy

đều dung dịch. Tiếp tục khuấy đều hỗn hợp ở 30
o
C trong 2 giờ và sau đó đun
nóng trong thời gian là 24 giờ ở 100
o
C như trên bảng 1. Trong quá trình thực
hiện phản ứng sẽ có sinh ra khí Br, khí Br được bẩy vào nước. Kết thúc phản
ứng trong dung dịch phản ứng xuất hiện một dạng bột rắn màu xanh-đen sẽ
được mang đi lọc, rửa nhiều lần bằng alcol và nước, và cuối cùng là rửa
bằng chloroform, sau khi lọc sản phẩm ở dạng bột thì làm khô tự nhiên
ngoài không khí và lò chân không ở 40
o
C.
Kết quả & thảo luận
- Hình dạng của PEDOT được xác định thông qua kính hiển vi điện tử
SEM. Kết quả dưới kính hiển vi cho thấy PEDOT được hình thành ở dạng
sợi với chiều dài trung bình là 10µm đường kính khoảng 0.4µm. PEDOT
được tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau sẽ có hình dạng khác nhau,
cụ thể là khi tổng hợp bằng chất xúc tác FeCl
3
hình dạng của PEDOT được
thấy như hình 2c, hay khi được tổng hợp ở trạng thái rắn thì thấy như hình
2d, hình 2a và 2b là PEDOT khi tổng hợp bằng xúc tác BF
3
. Hình thái của
PEDOT như thấy ở hình 2c và 2d bất bình thường và vô định hình không có
dạng sợi. Trên thực tế PEDOT được tổng hợp ngay bên trong một cái khung
(ví dụ như cái khây thủy tinh). Hình thái của PEDOT có liên quan mật thiết
đến tính dẫn điện, các PEDOT ở dạng sợi sẽ có tính dẫn điện cao hơn đặt
biệt là các sợ có đường kính nhỏ.

Hình 2: Hình thái PEDOT nhìn dưới SEM
- Các PEDOT hình sợi có tính dẫn điện cao hơn PEDOT vô định hình và
độ ổn định độ dẫn trước sự khắt nghiệt của môi trường theo thời gian cũng
khá lý tưởng. Để chứng mình điều này người ta đã làm một thí nghiệm nhỏ
như sau: hai mẫu, một của PEDOT hình sợ được tổng hợp bằng xúc tác BF
3

(PEDOT/BF
3
) và một bằng xúc tác FeCl
3
(PEDOT/FeCl
3
) cùng dung môi
toluen, ban đầu độ dẫn điện tương ứng của hai mẫu này là 2.5*10
2
và 3.6*10
S/cm, để thử tính chất người ta cho hai mẫu vào lò ở 100
o
C sau ba ngày thì
thấy rằng độ dẫn của PEDOT/BF
3
hình sợi giảm ít cụ thể là còn 1.6*10
2

S/cm còn PEDOT/BF
3
giảm còn 2*10 S/cm. Ngay cả khi PEDOT/BF
3
bị

nung trong 7 ngày ở 100
o
C thì độ dẫn còn ở mức 10
2
S/cm.
Ứng Dụng
- Các polymer dẫn nói chung polythiophene nói riêng điều có tính điện,
quang, điện hóa học, tính chất hóa lý rất đặt trưng, chính vị vậy
polythiophene được sử dụng làm vật liệu trong nhiều lĩnh vực khoa học và
công nghệ kỹ thuật cao như: pin năng lượng, chế tạo nguồn điện dùng nhiều
lần có kích thước mỏng, siêu nhỏ (polymeric rechargeable battery), chế tạo
các cảm biến (sensor), như các loại cảm biến hóa học, cảm biến sinh học, kỹ
thuật thông tin số, màng chọn lọc (selective membrance) vật liệu phủ đặt
biệt hấp thụ sóng điện từ, vật liệu phủ chống ăn mòn hóa học, vật liệu trong
ngành điện tử
Vật liệu chế tạo cảm biến:
PT có thể sử dụng làm vật liệu chế tạo các loại sensor như sensor đo độ
ẩm, bộ cảm biến sinh học (biosensor) đo hàm lượng glucozo trong máu, đo
hàm lượng acid amin, sensor hóa học đo nồng độ các loại khí như nito,
hidro, SO
2
.
Vật liệu phủ đặt biệt:
Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT được sử dụng làm vật phủ chống
ăn mòn kim loại. Quá trình chống ăn mòn kim loại của vật phủ PT thực hiện
theo cơ chế sau:
Màng PT đóng vai trò là màng chắn để ngăn cản sự vận chuyển oxy nước
vào bề mặt tiếp xúc với kim loại. Màng PT đống vai như catod bảo vệ kim
loại, là nguôn cung cấp các chất ức chế chống ăn mòn kim loại, ngoài ra nó
còn như một màng oxit thụ động bền vững giống như màng Crom bảo vệ

kim loại.
Màng phủ chống tĩnh điện bề mặt, hấp thu sóng điện từ: Màng mỏng PT
vải tẩm PT đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực chế tạo vật liệu: Chống
tĩnh điện bề mặt (antistatic film, antistatic fibers). Hấp thụ sóng điện từ;
Electromagnetic interference shieding, hấp thụ sóng rada. Nhờ khả năng
chống tĩnh điện người ta đã chế tạo ra áo khoác chống tĩnh điện.
Ngày nay các màng hình vi tính hay tivi được phủ một lớp PEDOT:PSS
như một lớp phủ chống tĩnh điện cho các ống tia âm cực (CRT) để tránh thu
hút bụi
Pin năng lượng trong suốt làm từ PEDOT:PSS
Các thành phần của OLED: Ứng cử viên sáng giá thay thế LCD
• Lớp dẫn (conductive layer) - lớp này được làm từ các phân tử hữu cơ
dẻo có nhiệm vụ truyền tải các lỗ trống từ anode. Một polymer dẫn
được sử dụng trong các OLED là polyaniline.
• Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp này được làm từ các phân tử
hữu cơ dẻo (nhưng khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải các
electron từ cathode. Một loại polymer dùng trong lớp phát sáng là
polyfluorence,polythiophene.
I. POLYMER
1. Polyme là gì?
Polyme là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ rất nhiều nhóm có cấu tạo
hóa học giống nhau lặp đi lặp lại và chúng nối với nhau bằng liên kết đồng
hóa trị
Ví dụ : Nếu A là đơn vị phân tử, phản ứng trùng hợp (polymerization) sẽ cho
ra một "xích" polymer có dạng
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
Trong đó hàng nghìn, hàng chục nghìn đơn vị A được nối lại với nhau bằng
nối hóa học. Nếu A là phân tử ethylene thì ta có polyethylene; propylene thì
polymer sẽ là polypropylene v.v Ngoài ra, các nhà hóa học còn có thể tạo
ra những phản ứng trùng hợp giữa hai monomer A và B để tổng hợp

copolymer có mạch phân tử chứa A và B. Tùy vào điều kiện phản ứng, A và
B có thể liên kết một cách hỗn loạn (random),
AAABABBABABBBAABABBBBAABBBAB
hoặc theo một thứ tự nhất định,
ABABABABABABABABABABABAB
hoặc theo từng mảng,
AAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAAAAAAABBBBBB
hoặc AAAAAAAAAAAA là thân polymer và BBBBBB là nhánh, như thân
cây và nhánh cây. Đương nhiên, những cấu trúc phân tử nầy đưa đến những
tính chất vật lý (physical properties) và cơ tính (mechanical properties) khác
nhau. Các nhà hóa tổng hợp có thể thiết kế các copolymer với nhiều cấu trúc
khác nhau đáp ứng với những đòi hỏi cho từng ứng dụng.
Polyethylene (PE) là một polymer đơn giản nhất, nguyên liệu chính làm
những túi nhựa gia dụng và là một vật liệu thường thấy trong cuộc sống
hằng ngày.
Cấu trúc polyethylene
2. Giới thiệu Polymer dẫn
Polymer với các nối đôi liên hợp có những tính chất khác với các polymer
thông thường là khả năng dẫn điện, được gọi là polymer dẫn (Conducting
polymer). Với tính chất đặc biệt này, lĩnh vực nghiên cứu về polymer dẫn
điện đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Khả năng
ứng dụng của loại vật liệu mới này luôn là thách thức với các nhà khoa học
nói chung và các nhà hoá học nói riêng. Năm 2000, giải Nobel hoá học đã
được trao cho ba nhà khoa học Heeger, MacDiarmid và Shirikawa với sự
phát hiện tăng độ dẫn điện của polyaxetilen khi được pha tạp iốt. Kết quả
này đã mở đầu cho một bước nhảy vọt của lĩnh vực nghiên cứu, khả năng
ứng dụng của vật liệu polymer dẫn điện.
Cấu trúc Polyacetylen
3. Phân loại một số polyme dẫn điện
Các nghiên cứu chia ra làm ba loại polyme dẫn chính là:

+ Các polyme oxy hoá khử (Redox polymer) : Là các vật dẫn có chứa các
nhóm hạt tính oxi hoá/khử liên kết cộng hoá trị đối với mạch polyme không
hoạt động điện hoá. Trong các polyme loại này sự vận chuyển điện tử xảy ra
thông qua quá trình tự trao đổi electron liên tiếp giữa các nhóm oxi hoá/khử
gần kề nhau. quá trình này được gọi là chuyển electron theo bước nhảy
+ Các polyme dẫn điện tử (Electronically conducting polymer) hay còn gọi
là kim loại hữu cơ (Organic metals) : Polyme dẫn điện tử tồn tại mạch
cácbon có các nối đôi liên hợp nằm dọc theo chuỗi polyme và quá trình dẫn
điện ở đây là điện tử có thể chuyển động dọc theo chuỗi polyme nhờ tính
linh động của điện , hoặc điện tử có thể chuyển từ chuỗi polyme này sang
chuỗi polymeπtử khác theo cơ chế electron hopping. Một số polyme loại
này như
Cấu trúc của những polymer dẫn điện quan trọng. Trong dấu ngoặc là đơn vị
phân tử (monomer), n là số đơn vị monomer có giá trị hàng nghìn, hàng
chục nghìn.
+ Các polyme trao đổi ion (Loaded ion nomer hay ion exchange polymer) :
Polyme trao đổi ion là polyme chứa các cấu tử có hoạt tính oxy hoá khử liên
kết với màng polyme dẫn ion, trong trường hợp này cấu tử có hoạt tính có
điện tích trái dấu với màng polymer
Để tăng thêm tính năng của các polyme ta kết hợp các polyme với nhau để
tạo polyme có hoạt tính cao hơn.
II. CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN CỦA POLYMER DẪN
1. Cơ chế của Roth
Roth và cộng sự cho rằng quá trình chuyển điện tích vĩ mô trong các mạng
polyme dẫn là sự tập hợp các cơ chế vận chuyển cục bộ. Đó là sự vận
chuyển các dạng mang điện trên các mạch sợi có liên kết liên hợp và từ sợi
này sang sợi khác. Nếu coi polyme là tập hợp các bó sợi thì còn có sự vận
chuyển các dạng mang điện tử từ bó sợi này sang bó sợi khác. Các quá trình
vận chuyển này được minh họa ở hình
Cơ chế dẫn điện Roth của polyme dẫn

[AB] dẫn trong một chuỗi [BC] dẫn giữa các chuỗi
[CD] dẫn giữa các sợi [AD] quá trình chuyển điện tích vĩ mô
Khi điện tử chuyển từ điểm A đến điểm B trên cùng một chuỗi
polyme,người ta nói điện tử được dẫn trong một chuỗi. Trong trường hợp
điện tử dịch chuyển từ điểm B sang điểm C trong đó B và C thuộc hai chuỗi
polyme khác nhau ta nói điện tử di chuyển giữa các chuỗi. Khi điện tử
chuyển từ A, B →D ta nói điện tử chuyển giữa các sợi. Rolh đã giải thích cơ
chế dẫn điện như sau:
Điện tử chuyển động trong một chuỗi là do các liên linh động chạy dọc theo
chuỗi. Do đó điện tử có tính linh động vàπkết có thể di chuyển dọc theo
chuỗi. Điện tử chuyển động qua lại giữa các chuỗi là do các sợi polyme tạo
thành do các chuỗi xoắn lại với nhau, khi đó nguyên tử ở 2 chuỗi rất gần
nhau thì các obital của chúng có thể lai hoá với nhau và do đó điện tử có thể
chuyển động chuỗi polyme nay sang chuỗi polyme khác thông qua obital lai
hoá. Trường hợp điện tử chuyển động giữa các chuỗi được giải thích giống
như trên.
2. Cơ chế lan chuyền pha của Kaoki
Theo Kaoki trong pha của polyme có những chuỗi có khả năng dẫn điện và
những chuỗi không có khả năng dẫn điện hay nó tạo ra vùng dẫn và vùng
không dẫn.
Khi chuỗi polyme ở trạng thái oxy hoá, khi đó thì nó dư các obital trống do
đó nó có thể nhận hoặc cho điện tử. Thông thường nó được phân bố ngẫu
nhiên trong màng polyme. Dưới tác dụng của điện trường áp đặt thì các
chuỗi này có xu hướng duỗi ra theo chiều nhất định. Khi áp đặt điện thể đủ
lớn thì xảy ra hiện tượng lan truyền pha có nghĩa là các pha không dẫn trở
nên dẫn điện
Sơ đồ cơ chế lan truyền pha K.AoKi
Trong giai đoạn đầu thì chỉ những đoạn polyme ở trạng thái oxy hóa tiếp cận
gần với bề mặt điện cực sẽ định vị lại và trở thành vùng dẫn cục bộ (a-b).
Sau đó thì vùng dẫn này đóng vai trò như một điện cực mới để oxy hóa tiếp

vùng không dẫn ở ngay phía trên nó. Nhờ đó thì vùng này lại trở thành vùng
dẫn. Và cứ như thế theo thời gian thì vùng dẫn lan truyền đến mặt ngoàicùng
của màng polyme. Cơ chế này đề cập đến phản ứng chuyển điện tích tại bề
mặt phân chia pha giữa vùng dẫn và vùng không dẫn. Các điểm bị oxy hóa
và bị khử (xem hình) trong màng polyme sinh ra từ quá trình tạo các khuyết
tật radical một cách ngẫu nhiên, sẽ được sắp xếp lại dưới tác dụng của điện
thế áp đặt.
Từ sơ đồ chúng ta thấy rằng các điểm dẫn tập trung chủ yếu trong không
gian gần bề mặt điện cực nền, và trở nên loãng dẫn ở vùng xa điện cực nền.
Hơn nữa những điểm dẫn ở phía ngoài bị bao bọc bởi vùng cách điện không
tiếp xúc điện với nền. Sự phát triển của vùng dẫn phụ thuộc vào sự tiếp nối
các điểm dẫn và tiếp xúc điện với điện cực nền. Để tiếp nối ngay lập tức các
điểm dẫn polyme cần có cấu trúc tương thích. Do vậy sự lan
truyền vùng dẫn liên quan đến tính dẫn điện tử, sự định hướng ngẫu nhiên
các sợi dẫn, và sự xuất phát ngẫu nhiên của mỗi sợi dẫn từ một điểm trên bề
mặt điện cực nền. Ban đầu các sợi dẫn này lan truyền theo hướng pháp tuyến
đối với bề mặt điện cực do sự định hướng theo trường tĩnh điện cục bộ tại
đầu mút của mỗi sợi dẫn. Khi các sợi dẫn trong màng phát triển thành bó sợi
thì quá trình vận chuyển điện tích sẽ do bó sợi dẫn đảm nhiệm.
III. PHƯƠNG PHÁP TẠO POLYMER DẪN ĐIỆN
1. Dải năng lượng điện tử
Điện tính của tất cả mọi vật liệu được quyết định bởi cấu trúc điện tử của vật
liệu đó.
Và cấu trúc điện tử có thể được giải thích theo quan điểm “ dải năng lượng
điện tử”.
Khi hai nguyên tử kết hợp với nhau, các điện tử của hai nguyên tử trở thành
điện tử của phân tử và các điện tử này chỉ được phép ở những mức năng
lượng nhất định. Chất rắn được tạo thành do sự chồng chập của các tập hợp
nguyên tử. Người ta phỏng tính 1cm3 chất rắn được 1022 nguyên tử tạo
thành. Trong quá trình này , những mức năng lượng điện tử sẽ được hình

thành và các điện tử sẽ chiếm cứ các mức năng lượng này. Các mức năng
lượng này chồng chập lên nhau theo thứ tự trị số của chúng, trở thành dải
được gọi là “dải năng lượng điện tử”
Dải ở năng lượng thấp gọi là dải hóa trị (valence band) và dải ở năng lượng
cao hơn gọi là dải dẫn điện (conduction band)
Dải năng lượng điện tử: (a) Kim loại, (b) chất bán dẫn, (c) Chất cách điện.
Dải đen tượng trưng cho dải hóa trị và dải trắng cho dải dẫn điện. Khe dải là
khoảng cách giữa dải đen và dải trắng
Sự hình thành dải năng lượng của chất rắn có thể không liên tục, khi đó có
một “khoảng trống” xuất hiện, khoảng trống đó gọi là khe dải năng lượng.
Khe dải quyết định sử dẫn điện hay không dẫn điện của chất rắn. Trị số khe
dải được tính bằng electron volt (eV). Nếu điện tử của chất rắn không thể
nhảy từ miền năng lượng thấp lên miền năng lượng cao, ta có vật cách điện
2. . Khái niệm về quá trình doping
Quá trìng doping là quá trình đưa thêm một số tạp chất hay tạo ra một số sai
hỏng làm thay đổi đặc tính dẫn điện của các polyme và tạo ra bán dẫn loại N
hoặc P tuỳ thuộc vào loại phụ gia ta đưa vào
Ví dụ: Emeraldine base
Doping với Bonsted axit
Vậy quá trình doping ở đây có tác dụng bù điện tích cho chuỗi polymer và
duy trì polyme ở trạng thái cân bằng và ở trạng thái oxy hoá cân bằng này nó
dẫn điện tốt
Doping với Lewis axit
3. Điều kiện dẫn điện của polymer
Đặc điểm của polymer dẫn điện là những nối carbon liên hợp (conjugation
bond), - C = C – C = C - ; đây là sự nối tiếp của nối đơn C – C và nối đôi C
= C. PA, PAn, PPy và PT đều có đặc điểm chung này trong cấu trúc cao
phân tử
Đặc điểm thứ hai là sự hiện diện của dopant. Iodine là một thí dụ điển hình
trong PA.

Hai đặc điểm này làm polymers trở nên dẫn điện.
Trị số khe dải của các polymer dẫn điện tiêu biểu
Polymer Khe dải (eV)
Polyacetylen (PA) 1,4
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 1,5
Polythiophene (PT) 2,0
Poly(phenylene vinylene) (PPV) 2,5
Polyaniline (P An) 3,2
Poly(para-phenylene) (PPP) 3,5
Polypyrrole (PPy) 3,6
Nếu không có dopant, khe dải của các polymer tiêu biểu có nối liên hợp có
giá trị từ 1,4 đến 3,6 Ev
4. Nguyên nhân gây ra dòng điện trong polymer dẫn điện
Phương pháp doping của MacDiarmid, Heeger và Shirakawa khi cho PA
tiếp xúc với khí iodine làm tăng độ dẫn điện hơn 1 tỷ lần là một bước đột
phá mang tính lịch sử và cũng là nền tảng trong việc nghiên cứu cơ bản và
áp dụng thực tế của polymer dẫn điện.
Khi PA được tiếp xúc với một chất oxit hóa ( oxidizing agent) A, PA và A
sẽ kết hợp theo một phản ứng hóa học đơn giản
PA + A (PA)+A-
PA trung tính không dẫn điện. (PA)+A- là polymer dẫn điện. Phản ứng
thuận nghịch cho biết ta có thể điều chỉnh độ dẫn điện của một vật liệu, biến
một vật cách điện thành dẫn điện và ngược lại. Phản ứng từ trái sang phải là
quá trình doping trong đo polymer cách điện kết hợp với dopant cho ra chất
dẫn điện polymer/dopant, phản ứng từ phải sang trái là quá trình dedoping
trong đó pplymer/dopant bị tách rời trả lại polymer cách điện
Ngoài PA, nhiều loại polymer dẫn điện khác trong đó có Pan, PPy, PT, đặc
biệt là PEDOT đã được khảo sát
Dopant có thể là những nguyên tố nhỏ như iodine (I), chlorine (Cl), những
hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ miễn là những chất nầy có thể nhận điện tử

(electron acceptor) cho ra những ion âm (anion) để kết hợp với mạch carbon
cuả polymer. Dopant cũng có thể là ion dương (cation).
Các loại dopant A, nhận điện tử cho ra anion A-
Họ halogen Br2 , I2 , Cl2
Acid Lewis BF3 , PF5 , AsF5 , SO3
Acid proton (acid chứa H) HNO3 , H2SO4 , HClO4 , HF , HCl , FSO3 ,
FSO3H
Halide của kim loại chuyển tiếp FeCl3 , MoCl5 , WCl5 , SnCl4 , MoF5
Họ amino, các loại acid sinh học Glutamic acid, uridylic acid, protein,
enzyme
Các chất hoạt tính bề mặt Dodecylsulfate , dodecylbenzensulfonate
Polymer Poly (styrenesulfonic acid)
Ta hãy khảo sát sự liên hệ giữa quá trình doping và sự biến đổi của dải năng
lượng của polypyrrole (PPy). Trước quá trình doping, PPy có khe dải là 3,2 -
3,6 eV. Trị số nầy cho ta biết đây là một chất cách điện tiêu , e-, cho
A.πbiểu Khi PPy được tiếp cận với A, PPy sẽ mất một điện tử Kết quả là
trên mạch phân tử của PPy, ta có một lỗ trống mang điện tích đơn lẻ còn
lạiπdương (+) do sự mất đi của một điện tử và một điện tử được ký hiệu là
một chấm (.); A nhận e- trở thành A- . Cặp (+ .) được gọi là polaron trong
vật lý học. Cặp nầy thường cách nhau 3 hoặc 4 đơn πvị pyrrole. Sự thành
hình của polaron làm thay đổi vị trí của các nối còn lại làm thay đổi cấu trúc
của vòng pyrrole và đồng thời tạo ra hai bậc năng lượng mới trong khe dải
Polaron, bipolaron và sự hình thành của các dải năng lượng tương ứng.
CB: Conduction band (dải dẫn điện), VB: Valence band (dải hóa trị)
Khi dopant được sử dụng ở nồng độ cao, "dân số" A gia tăng cho nên A có
khả năng nhận thêm điện tử từ PPy. Polaron (+ .) cũng gia tăng. Khi hai ,
còn lạiπpolaron gần nhau (+ .) (+ .), hai điện tử (. .) trở thành nối cặp điện
tích dương (+ +) được gọi là bipolaron. Ở nồng độ cao hơn nữa, mạch PPy
xuất hiện càng nhiều bipolaron, các bậc năng lượng hình thành bởi sự hiện
diện của bipolaron sẽ hòa vào nhau thành hai dải năng lượng bipolaron.

Polaron và bipolaron là phần tử tải điện của polymer dẫn điện.Tương tự như
điện tử tự do trong kim loại, khi có một điện áp polaron hay bipolaron sẽ di
động. Các bậc năng lượng mới hình thành, tồn tại như bai bậc thang giúp
điện tử di chuyển từ dải hóa trị đến dải dẫn điện ở bậc cao hơn
Cơ chế dẫn điện của polymer dẫn có thể giải thích một cách định tính bằng
hình vẽ
(.) và lỗ trống (+)πHình vẽ mô tả sự chuyển động của điện tử
Khi dopant A nhận một điện tử từ polymer, một lỗ trống (+) xuất hiện. Khi
của nguyên tố C bênπmột dòng điện được áp đặt vào polymer, điện tử cạnh
nhảy vào lỗ trống và cứ tiếp diễn như thế. Sự di chuyển của điện tử chỉ là sự
di chuyển ngắn, nhưng nhờ sự di chuyển này lỗ trống (+) được liên tục di
động dọc theo mạch polymer. Lỗ trống này là một phần polaron hay
bipolaron. Sự di động của lỗ trống xác nhận polaron/bipolaron là một thực
thể tải điện và là nguyên nhân của sự dẫn điện giống như điện tử trong kim
loại. Thực nghiệm cho thấy điện tử của polymer này có thể nhảy sang chiếm
lỗ trống của polymer kế cận rồi polymer kế cận khác…, lỗ trống (+) di động
lan tràn khắp tất cả vật liệu theo hướng của điện áp. Như vậy hai yếu tố cho
sự dẫn điện trong polymer là : nối liên hợp và dopant.
1. Phương pháp tổng hợp polymer dẫn điện
Phương cách tổng hợp có thể phân ra làm hai loại:
(1) phương pháp điện hóa và
(2) phương pháp hóa học.
Phương pháp (1) cho polymer ở dạng phim và (2) dạng bột. Những polymer
dẫn điện thông dụng như polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn) và
polythiophene (PT) có thể được tổng hợp bằng cả hai phương pháp.
Với phương pháp điện hóa, phim polymer được thành hình trong một bình
điện giải đơn giản, trong đó chất điện giải là monomer (thí dụ: pyrrole,
aniline hay thiophene) và dopant được hòa tan trong nước hay một dung môi
thích hợp. Tại cực dương monomer bị oxít hóa kết hợp dopant và đồng thời
trùng hợp thành phim. Trong phương pháp hóa học, monomer, dopant và

chất oxid hóa (thí dụ: FeCl3) được hòa tan trong nước hoặc dung môi. Phản
ứng trùng hợp xảy ra cho polymer ở dạng bột.
Hình 1: Phương pháp điện hóa dùng bình điện giải để tổng hợp polypyrrole.
Dopant có một ảnh hưởng cực kỳ quan trọng đến mọi tính chất bao gồm vật
tính (physical properties), hóa tính, cơ tính, quang tính, điện tính và tính bền
nhiệt của polymer được hình thành. Vì vậy, sự chọn lựa dopant phải thích
nghi cho mỗi ứng dụng khác nhau.
2. Độ dẫn điện của polymer
Độ dẫn của các loại polymer dẫn điện sẽ tăng khi nhiệt độ tăng và ngược lại.
Tính chất này rõ ràng trái ngược với kim loại, độ dẫn điện giảm khi nhiệt độ
tăng và ngược lại. Mối liên hệ này tương tự như các bán dẫn vô cơ, cho nên
trong một số nghiên cứu, có thể áp dụng một số nguyên lý nào đó của bán
dẫn vô cơ cho polymer dẫn điện.
Ở thang vi mô, vật liệu polymer được tạo thành từ những mảng do nhiều
polymer tập tích lại. Độ dẫn điện của vật liệu không những phụ thuộc vào
nồng độ của polaron/bipolaron (phần tử tải điện) mà còn phụ thuộc vào sự di
động của điện tử trong mạch polymer, giữa những mạch polymer và giữa
những mảng do nhiều polymer tạo nên (Hình ). Nói một cách định lượng
hơn, độ dẫn được diễn tả bằng một công thức như sau,σđiện
= n µ eσ (1)
n là nồng độ của hạt tải điện, µ là độ di động, e là điện lượng của điện tử
(1,602 x 10-19 C).
Hình : Sự di động của điện tử trong mạch polymer (mũi tên A) , giữa những
mạch polymer (mũi tên B) và giữa những mảng do nhiều polymer tạo nên
(mũi tên C).
Người ta có thể tổng hợp các loại polymer dẫn điện có mạch phân tử cùng
hướng về một chiều để làm tăng sự di dộng của điện tử. Để thực hiện điều
nầy, các nhà hóa học tổng hợp polymer có nhiều tinh thể (crystallite), hoặc
trên một bề mặt mang một trật tự sẵn có, trong từ trường hay kéo dài phim
polymer

Hình so sánh độ dẫn điện của polymer dẫn điện với các vật liệu khác.
Hình thái của PEDOT được quan sát bằng SEM
Các PEDOT hình sợi có tính dẫn điện cao hơn PEDOT vô định hình và độ
ổn định độ dẫn trước sự khắt nghiệt của môi trường theo thời gian cũng khá
lý tưởng.
5. Tính bền
Polymer có những đặc tính cố hữu như nhẹ cân, dễ dàng gia công nhưng
cũng có những điểm bất lợi mà ta thường thấy ở các loại polymer (plastic)
gia dụng là không chịu nhiệt cao (> 100 oC), bị lão hóa hay phân hủy trong
ánh sáng mặt trời. Polymer dẫn điện cũng không ngoài những ngoại lệ nầy.
Sự suy thoái hóa học, lão hóa dẫn đến sự suy thoái cơ tính (trở nên giòn) và
điện tính (giảm độ dẫn điện). Đã có nhiều công trình tìm hiểu và duy trình
tính bền của polymer dẫn điện. Dopant cũng có ảnh hưởng trực tiếp đến tính
ổn định của polymer; có những loại dopant làm chậm hoặc xúc tiến sự suy
thoái. Tuy nhiên, vì là một đặc tính cố hữu, sự suy giảm độ dẫn điện trong
môi trường nóng và ẩm polymer dẫn điện là một việc không thể tránh khỏi
về lâu về dài. Để duy trình tính năng, các trang cụ dùng polymer dẫn điện
người ta phủ một lớp epoxy bảo vệ lên polymer và thường xuyên thay mới
vật liệu.
IV. ỨNG DỤNG POLYMER DẪN
Các polymer dẫn nói chung đều có tính điện, quang, điện hóa học, tính chất
hóa lý rất đặt trưng, chính vị vậy được sử dụng làm vật liệu trong nhiều lĩnh
vực khoa học và công nghệ kỹ thuật cao như: pin năng lượng, chế tạo nguồn
điện dùng nhiều lần có kích thước mỏng, siêu nhỏ (polymeric rechargeable
battery), chế tạo các cảm biến (sensor), như các loại cảm biến hóa học, cảm
biến sinh học, kỹ thuật thông tin số, màng chọn lọc (selective membrance)
vật liệu phủ đặt biệt hấp thụ sóng điện từ, vật liệu phủ chống ăn mòn hóa
học, vật liệu trong ngành điện tử
1. Ứng dụng của polyme dẫn trong dự trữ năng lượng
Ta thấy rằng một số polyme dẫn tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc

vào mức độ oxy hoá của chúng và loại vật liệu dopant và ở điện áp ngoài
nhất định. Do đó nó có thể tồn tại ở dạng oxy cao nhất và nếu nó tồn tại bền
vững ở trạng thái này thì ta có thể chọn nó làm vật liệu cho ắc qui. Khi sử
dụng ta có thể sử dụng nó như vật liệu catốt.
Khi phóng điện thì nó chuyển dần từ dạng oxy hoá sang dạng khử và khi nạp
đầy thì nó lại chuyển dần từ dạng khử sang dạng oxy hoá cao nhất. Yêu cầu
đối với loại màng này là đặc tính thuận nghịch phải cao thì nó sẽ cho số chu
kỳ phóng nạp lớn và điều này ảnh hưởng đến tuổi thọ của ắc qui.
2. Làm điốt
Ta biết rằng thiết bị chỉnh lưu là thành phần chính và cơ bản của mạch điện
tử. Từ khi polyme dẫn điện được phát hiện ra nó đã được ứng dụng vào làm
chất bán dẫn vì có khoảng cấm hẹp đã được nghiên cứu để có thể ứng dụng
nghiên cứu polyme dẫn.
Phương pháp cơ bản để thay đổi độ dẫn điện của bán dẫn là lựa chọn tính
chất vượt trội chiếm ưu thế được khống chế bởi phu gia và nó cho phép tạo
ra bán dẫn loại N hoặc loại P và sự phụ thuộc về không gian, mức năng
lượng được giữ cân bằng mặc dù tồn tại trường điện từ cao.
Chiang đã tạo ra những tiếp xúc P-N bởi áp suất tiếp xúc cao của màng
polyacetylen loại P với phụ gia là Na và màng polyacetylen loại N với phụ
gia là NaAsF5.
Ta thấy khi có hai chất bán dẫn loại P- N tiếp xúc với nhau thì tạo ra một
thiết bị chỉ cho dòng đi theo một chiều xác định đó là chiều từ P→ N và thiết
bị đó gọi là điốt. Do đó chỉ cần các màng polyme dẫn điện rất mỏng là ta có
thể tạo ra một điốt.
Tính chất điện của polypyrrole – kim loại và polypyrrole cũng được khảo sát
và người ta nhận thấy sự tiếp xúc giữa N-P được tạo ra trên bề mặt
polyme.Composite Al-polypyrrole được tạo ra bằng phương pháp này được
coi là có tính bán dẫn tốt và có thể áp dụng vào công nghệ
3. Thiết bị điều khiển logic
Một số loại polyme dẫn có tính chất điện rất đặc biệt nó có độ dẫn tăng rất

nhanh khi áp thế vào do đó nó có thể được ứng dụng trong điều khiển logic
và tạo ra tín hiệu ở dạng số… Trong đó tiêu biểu là composite PAN- Au
Do đặc tính này mà nó có thể ứng dụng trong điều khiển logic.
4. Transitor hiệu ứng trường
Thiết bị hiệu ứng trường đã được ứng dụng để cải tiến hoạt động của thiết bị
bán dẫn thông thường, hiệu ứng trường trong màng polyme sẽ điều khiển
dòng và bằng cách đó nó mở ra hoạt động của transitor mà không cần các
tiếp xúc N-P. Hiện tượng này không chỉ cung cấp các đặc tính của thiết bị
mà còn cung cấp công cụ để nghiên cứu chất bán dẫn và nó điều khiển dòng
giữa nguồn và kênh dẫn qua cổng.
5. Điốt phát quang
Điốt phát quang polyme đã được phát triển rộng rãi từ khi khám phá ra hiện
tượng điện phát quang từ màng PPV. Polyme dẫn điện biết đến như vật liệu
phát quang điện thế. Nó được sử dụng để thay thế cho vật liệu phát quang vô
cơ, cho phép sử dụng trên bề mặt rộng và nó cũng có đặc tính là rất nhẹ và
dẻo …
Ưu điểm chính của vật liệu này là hiệu ứng ngầm và bước sóng bị giới hạn
bởi sự thay đổi hoá học, điện thế vận hành thấp, dễ gia công , chi phí thấp và
có thể tạo ra các thiết bị có diện tích lớn màu sắc phát ra trong vùng trông
thấy. Do đặc điểm của polyme dẫn đã được tổng hợp phát ra ánh sáng ngang
qua phổ phát xạ vùng quan sát đựơc và có hệ số lượng tử cao. Cách tính đơn
giản nhất để tạo ra PLED (polyme light emitting diode) là một cấu trúc gồm
có nền thuỷ tinh phủ ITO như anôt dẫn điện trong suốt, lớp polyme ở ngoài
và ca tốt kim loại, những lỗ trống điện tử được thêm vào bởi cation và anion
tương ứng trên lớp polyme phát quang.
6. Sensor
Các loại sensor như sensor đo độ ẩm, bộ cảm biến sinh học (biosensor) đo
hàm lượng glucozo trong máu, đo hàm lượng acid amin, sensor hóa học đo
nồng độ các loại khí như nito, hidro, SO2.
Sensor cung cấp thông tin trực tiếp về thành phần hoá học và môi trường.

Nó gồm những thay đổi vật lý và lớp có khả năng chọn lọc. Trong một vài
sensor quá trình thay đổi được chia thành hai phần: (i) chọn lọc và nhận
dạng; (ii) khuếch đại nó và làm tăng tín hiệu của năng lượng tới mức mà tại
đó có thể thuận tiện để phát ra tín hiệu dòng. Khả năng chọn lọc chính là trái
tim của sensors nó cung cấp các tương tác chọn lọc của các dạng thay thế và
kết quả là dẫn đến thay đổi thông số của dòng, độ dẫn, cường độ sáng, khối
lượng, nhiệt độ… sensor dựa trên polyme dẫn đã được chứng minh là có thể
áp dụng thành công. Polypyrrole và polythiopheno chỉ ra sự thay đổi độ dẫn
khi tiếp xúc với cả khí oxy hóa và khí khử.
7. Thiết bị đổi màu điện tử
Thiết bị đổi màu điện tử sử dụng polyme dẫn đã và đang là vấn đề nghiên
cứu cho nhiều ứng dụng thực tế. Trong quá trình nghiên cứu về polyme dẫn
các nhà khoa học thấy rằng có một số polyme có sự thay đổi màu
sắc khi chuyển từ dạng oxy hoá này sang dạng oxy hóa khác hoặc dạng khử.
Do đó bằng cách thay đổi điện áp vào màng ta có thể thay đổi trạng thái của
màng polyme và từ đó thay đổi màu sắc của màng …
8. Vật liệu phủ đặt biệt:
Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT được sử dụng làm vật phủ chống ăn
mòn kim loại. Quá trình chống ăn mòn kim loại của vật phủ PT thực hiện
theo cơ chế sau:
Màng PT đóng vai trò là màng chắn để ngăn cản sự vận chuyển oxy nước
vào bề mặt tiếp xúc với kim loại. Màng PT đống vai như catod bảo vệ kim
loại, là nguôn cung cấp các chất ức chế chống ăn mòn kim loại, ngoài ra nó
còn như một màng oxit thụ động bền vững giống như màng Crom bảo vệ
kim loại. Màng phủ chống tĩnh điện bề mặt, hấp thu song điện từ: Màng
mỏng PT vải tẩm PT đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực chế tạo vật liệu:
Chống tĩnh điện bề mặt (antistatic film, antistatic fibers). Hấp thụ sóng điện
từ; Electromagnetic interference shieding, hấp thụ sóng rada. Nhờ khả năng
chống tĩnh điện người ta đã chế tạo ra áo khoác chống tĩnh điện. Ngày nay
các màng hình vi tính hay tivi được phủ một lớp PEDOT:PSS như một lớp

phủ chống tĩnh điện cho các ống tia âm cực (CRT) để tránh thu hút bụi
Pin năng lượng trong suốt làm từ PEDOT:PSS
9. Các thành phần của OLED: Ứng cử viên sang giá thay thế LCD
Lớp dẫn (conductive layer) - lớp này được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo có
nhiệm vụ truyền tải các lỗ trống từ anode. Một polymer dẫn được sử dụng
trong các OLED là polyaniline.
Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp này được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo
(nhưng khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải các electron từ
cathode. Một loại polymer dùng trong lớp phát sáng là
polyfluorence,polythiophene.
10. Pin mặt trời
Pin mặt trời hữu cơ là linh kiện quang điện tử hữu cơ có cấu tạo giống như
OLED, nhưng có nguyên lý hoạt động ngược lại. Dưới tác dụng của ánh
sáng, điện tử và lỗ trống được hình thành trong nền polymer (lớp hoạt động-
active layer), hình thành các exciton với xác suất nhất định. Trong các pin
mặt trời sử dụng màng polymer thuần nhất, các exciton (cặp điện tử- lỗ
trống) bị phân ly tại bề mặt tiếp xúc điện cực/polymer và truyền điện tích
vào các điện cực, tạo ra dòng điện ở mạch ngoài.
Một trong những pin mặt trời hữu cơ là pin mặt trời polymer – fullerene (ví
dụ C60). Các polymer này mang nối liên hợp (- C = C – C = C -) như
polyacetylene (PA), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn), polythiophene
(PT), poly (phenylene vinylene) (PPV) v.v… và các polymer dẫn xuất.
Trong các polyme này, liên kết giữa các nguyên tử cacbon tạo thành khung
cacbon có các liên kết đôi – đơn xen kẽ, hình thành các liên kết π chạy dọc
theo khung cacbon (hình 1). Các điện tử π không định chỗ đó lấp đầy toàn
dải nên các polyme liên hợp là các bán dẫn. Dải π bị lấp đầy được gọi là
obital phân tử bị chiếm cao nhất (HOMO), và dải π* trống được gọi là obital
phân tử không bị chiếm thấp nhất (LUMO). Hệ thống liên kết π này khi bị
kích thích thì một điện tử nhảy từ HOMO lên mức LUMO
Khi polymer liên hợp kết hợp với dopant sẽ trở thành polymer dẫn điện. Khi