Проводящие полимеры представляют собой особый класс органических полимеров, способных проводить электрический ток. Их проводимость обусловлена сопряжённой π-электронной системой, возникающей при чередовании одинарных и двойных связей в полимерной цепи. В отличие от обычных полимеров, являющихся диэлектриками, проводящие полимеры обладают свойствами полупроводников и могут быть модифицированы для увеличения проводимости.
Ключевые представители: полиацетилен, полипиррол, полианилин, политиофен. Эти соединения демонстрируют электропроводность, близкую к металлам при правильной допинге. Механизм проводимости связан с делокализованными π-электронами, которые могут перемещаться вдоль цепи, образуя мобильные носители заряда — поликатионы (полионы), электроны или радикальные катионы.
Химический окислительный полимеризационный метод Основной метод получения полимеров, таких как полипиррол или полианилин. Реакция протекает в растворе при присутствии окислителя, например FeCl₃, NH₄S₂O₈. Процесс сопровождается формированием сопряжённых систем и образованием полимерного продукта с проводящей способностью.
Электрохимическая полимеризация Используется для получения тонких плёнок проводящих полимеров на электродах. Метод позволяет контролировать толщину и морфологию полимера, а также его степень окисления, напрямую влияющую на проводимость.
Метод допирования Допирование может быть позитивным (оксидативным), когда полимер теряет электрон и формируются положительные заряды, или негативным (редуктивным). Допанты включают органические кислоты, галогены, ионы металлов. Этот процесс увеличивает концентрацию носителей заряда и существенно повышает проводимость материала.
Основой проводимости является делокализация π-электронов вдоль цепи полимера. В неупорядоченных участках цепи локализуются дефекты, создавая поляронные и биполяронные состояния, которые действуют как носители заряда. В сильно допированных полимерах формируются электронные зоны, аналогичные зонам в полупроводниках, что обеспечивает переход полимера к металлической проводимости.
Электроника и сенсорные системы Используются для создания гибких электродов, сенсоров газа, биосенсоров, а также в органических транзисторах.
Энергетика Применяются в суперконденсаторах, литий-ионных батареях и органических солнечных элементах благодаря высокой ёмкости и электропроводности.
Антикоррозионные покрытия Покрытия на основе полианилина формируют пассивирующий слой на металлической поверхности, препятствуя электрохимической коррозии.
Биомедицинские технологии Полимеры могут быть использованы для электрической стимуляции клеток, создания проводящих гидрогелей и тканевых интерфейсов.
Структурные модификации включают введение алкильных, анионных или катионных заместителей, которые повышают растворимость полимера и стабильность его проводящей формы. Сополимеризация с другими мономерами позволяет управлять морфологией, гибкостью, термостабильностью и уровнем проводимости.
Разработка гибридных и нанокомпозитных систем, улучшение методов допирования, создание устойчивых к окислению и биосовместимых полимеров открывают широкие возможности для применения в электронике, энергетике и медицине. Одним из ключевых направлений является интеграция проводящих полимеров в органическую электронику и гибкую электронику нового поколения.