JPH0349938B2 - - Google Patents

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JPH0349938B2
JPH0349938B2 JP8721284A JP8721284A JPH0349938B2 JP H0349938 B2 JPH0349938 B2 JP H0349938B2 JP 8721284 A JP8721284 A JP 8721284A JP 8721284 A JP8721284 A JP 8721284A JP H0349938 B2 JPH0349938 B2 JP H0349938B2
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JP
Japan
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voltage
conductivity
doping
polyphenylene
poly
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JP8721284A
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JPS60229952A (ja
Inventor
Hiroo Matsuda
Hachiro Nakanishi
Masao Kato
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、新規な有機導電性材料の製造方法に
関するものである。さらに詳しく言えば、本発明
は、共役系高分子化合物に、無機塩類、有機塩類
を添加して成形し、その成形体に電圧を印加する
ことにより、高導電化させることを特徴とする有
機導電性材料の簡単な製造方法を提供するもので
ある。 近年、エレクトロニクス産業の著しい技術進歩
に伴い、各種目的に適合したエレクトロニクス部
品用材料の開発が急務となつてきた。その中の1
つとして、たわみ性、加工性、耐薬品性の優れて
いる点で、有機材料を主体とする導電材料が、配
線材料、電極材料、センサー、光電変換素子、メ
モリー素子、分子デバイスとして注目されてい
る。 従来、有機導電性材料としては、例えば、ポリ
アセチレン、ポリ(p−フエニレン)、ポリフエ
ニレンスルフイド、ポリピロールなどにドーピン
グ成分を添加させたものが知られており、これら
は、10-1〜10-3Scm-1程度の電気伝導度を示すが、
無機導電材料に比べればかなり低く、安定性にも
劣るため実用上まで十分なものとは言えない。 本発明者らは、実用化可能な有機導電性材料に
ついて鋭意研究を重ね、先に、ジアセチレン高分
子化合物を主体とし、これにドーピング成分を加
える方法として、ジアセチレン化合物結晶をドー
パント雰囲気で重合させる又はジアセチレン化合
物をドーピング成分の存在下で結晶化させついで
該結晶を重合させるというドーピング固相重合法
で、10-4S/cm程度の導電率を有する高分子結晶
が得られること、銅ブタジイニル高分子化合物に
ヨウ素などの電子受容性化合物をドーピングする
ことにより10S/cmの金属伝導体が得られること
等を見いだしたが、さらに容易に共役系高分子化
合物を高導電化させる方法として、共役系高分子
化合物に無機塩類、有機塩類を添加して成形し、
その成形体の両端に電極をつけて電圧を印加する
ことにより高導電化させるという、簡単な有機導
電性材料の製造方法を見いだし、本発明をなすに
至つた。 すなわち、本発明は、ポリアセチレン、ポリフ
エニレン、ポリナフチレン、ポリチエニレン、ポ
リピロール、ポリカルバゾール、ポリキノン、ポ
リフエニレンビニレン、ポリシアノアセチレン、
ポリブタジイン、ポリジアセチレン、ポリ(アセ
チレン−ジアセチレン)、ポリイン、ポリメタル
イン、ポリフエニレンビスベンゾチアゾール、ポ
リオキサジアゾール、ポリアゾメチン及びそれら
の誘導体の中から選ばれた共役系高分子化合物中
に、一般式 MrXs …() 〔式中のMはAg,Cu,Co,Fe,Mn,Cr,Li,
Na,K,Mg,Ca,N(CH34,N(C2H54,N
(C3H74,N(C4H94又はN(C6H64、XはCl,
Br,I,ClO4,BF4,PF6,AsF6,NO3,SbF6
SO3,SO4,SO3C6H6又はCO3、rとsはそれぞ
れ1〜3の整数である〕で表わされる化合物の中
から選ばれる少なくとも1種のドーピング成分を
0.1〜200重量%の割合で添加し、次いでこれを成
形したのち、成形体の両端に各電極を設け、その
間に電圧を印加し高導電化させることを特徴とす
る有機導電性材料の製造方法を提供するものであ
る。 本発明に用いる共役系高分子化合物とは、ポリ
アセチレン、ポリフエニレン、ポリナフチレン、
ポリチエニレン、ポリピロール、ポリカルバゾー
ル、ポリキノリン、ポリフエニレンビニレン、ポ
リシアノアセチレン、ポリブタジイン、ポリジア
セチレン、ポリ(アセチレン−ジアセチレン)、
ポリイン、ポリメタルイン、ポリフエニレンビス
ベンゾチアゾール、ポリオキサジアゾール、ポリ
アゾメチン、及びそれらの誘導体の中から選ばれ
るものであり、基本的には主鎖共役型の高分子化
合物の総称であつて、その各種誘導体が包含され
る。それらの代表的なものとしては、例えば、
trans−ポリアセチレン、ポリフエニルアセチレ
ン、ポリ−p−フエニレン、ポリ−2,5−チエ
ニレン、ポリ−2,6−ナフチレン、ポリ−2,
5−キノン、ポリ−ビス(1,3−ペンタジイニ
ル)水銀、ポリ−1,6−ジカルバゾイル−2,
4−ヘキサジイン、などを挙げることができる。
これらの共役系高分子化合物は通常単独成分で用
いられるが、必要に応じて2種以上を併用するこ
ともできる。もちろん、これらの共役系高分子化
合物や芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド等を
焼成して得られる焼成高分子化合物も用いうるこ
とは、容易に類推できる。 また、本発明方法においてドーピング成分とし
て用いられる化合物は、前記一般式()で表わ
されるものであり、このようなものには、例え
ば、AgClO4,AgNO3,CuCl2,LiClO4
Na2SO4,MgCO3、などの無機塩類、N
(C2H54ClO4,N(C4H9)AsF6,LiSO3−Ph、な
どの有機塩類がある。これらのドーピング成分
は、単独で用いてもよいし、また2種以上混合し
て用いてもよい。 これらのドーピング成分を、共役系高分子化合
物に添加する方法としては、単純に混合する、両
者をドーピング成分が可溶な溶媒中に混合し、そ
の溶媒を溜去する、等の方法があげられるが、ど
のような方法であつてもさしつかえない。 また、ドーピング成分の含有量は、必要な電気
伝導性によつて、共役系高分子化合物の重量当り
0.1〜200重量%の割合の間で選択される。 共役系高分子化合物にドーピング成分を添加し
た試料の成形は、通常の錠剤成形器でペレツト状
にする。数千気圧〜数万気圧の高圧下で成形する
等の成形方法が考えられるが、どのような方法で
もさしつかえない。 その成形物の両端に電極をもうける方法として
は、金ペースト、銀ペースト、カーボンペースト
などの導電性ペーストを塗布する、金、銀、アル
ミニウムなどの金属を蒸着する、金板、白金板、
銀板などではさみつける等の方法がある。 このような両端に電極をつけた成形物に電圧を
印加する方法としては、電池、安定化電源などが
挙げられ、直流、交流いずれでもさしつかえな
い。電圧は、数ミリボルトから数十ボルトの間
で、適宜選択される。しだいに試料の導電性が増
加してくると、小さな電圧を印加しただけで流れ
る電流値が大きくなるので、印加する電圧は小さ
くなる。 このようにして得た本発明の製造方法による有
機導電性材料は、10-4〜103S/cm程度の導電率を
有し、空気中などの一般的な環境で安定なばかり
でなく、既に成形された導電性高分子化合物であ
るという特徴を有している。すなわち、本発明の
製造方法によれば、成形後に電圧を印加するだけ
で高導電化させるため、通常のドーピング法によ
り高導電化させた場合には、試料が不安定なため
に成形時の取り扱いに窮するような高分子化合
物、例えばポリアセチレンやポリフエニレン等か
らも、容易に高導電性成形物が得られる。また、
従来のドーピング法では、固体ドーピング成分
は、湿式処理によりドーピングさせるが、本製造
方法では、溶媒や乾燥処理が不要なため有利であ
り、各種電子部品、電極、センサー、光電変換素
子、メモリー素子などの材料として好適である。 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。 実施例 1 アセチレンガスをAlEt3/Ti(OBut)4のチーグ
ラーナツタ系触媒中に導入して、常法により合
成、精製したポリアセチレンゲル260mg(10m
mol)に過塩素酸銀(AgClO4)207mg(1m mol)
をアセトン20ml中で混合し、溶媒を溜去すること
によつてAgClO4がドーピング成分として含有さ
れたポリアセチレンゲルを作成する。この試料
100mgを、テフロン製カプセルにつめ、パイロフ
エライト中に組み込んでリンク式加圧装置内で約
10万気圧の高圧力を30分間かけることにより、直
径0.3cm、厚み0.4cm程度の円形ペレツト状に成形
した。このペレツトの両面全体に銀ペーストをぬ
つて、白金線をリード線として、第1図に示した
ように、電流計と安定化電源を接続して電圧を印
加する。はじめは、除々に電圧を上げていくと、
数Vで数μA程度流れるので抵抗は106Ωぐらいと
測定されるが、ある電圧下では急激な抵抗減少が
おこり、同一の電流を流すために必要な電圧が降
下する。さらに電圧印加を続けると、10mVで1
mA流れるようになり、抵抗は10Ω、導電率にす
ると1.8x10-3S/cmとなつた。電圧印加により、
導電性が向上したので、電圧規制では高い電圧を
印加することができない。そこで、電流規制で電
圧印加を続けたところ、100mAで0.08mVとな
り、導電率は225S/cmであつた。この導電性は、
空気中に1箇月以上放置しても変化しなかつた。 実施例 2 常法に従つてポリ−p−フエニレンを合成、精
製し、これに、ドーピング成分として銅ヘキサフ
ルオロフオスフエート[Cu(PF62]を30重量%
加え、めのう乳鉢で十分粉砕しながら混合する。
この試料50mgを実施例1と同様にテフロンチユー
ブにつめ、両端に電極として白金板をつけて金箔
でリードをとり、パイロフエライト中に組み込ん
で電圧1Vを印加しながら8.3万気圧の圧力を12時
間かけることにより、成形体とした。試料は、厚
さ0.3cm、直径0.3cmの円形ペレツト状に成形さ
れ、二端子法で導電率を測定したところ80S/cm
であつた。 実施例 3 常法に従つて、ポリ−2,5−チエニレンを合
成、精製し、この化合物410mg(5m mol)にリ
チウムヘキサフルオロアルセナイト(LiAsF6
196mg(1m mol)を加え、さらにTHF30mlを加
えた。このけん濁液をエバポーレーシヨンして、
ポリマーとドーピング成分の混合物とし、この混
合物200mgを錠剤成形器により直径1.3cm、厚み
0.04cmの円形ペレツト状に成形した。金ペースト
で両面に面積0.5cm2の電極取付けを行ない、一定
電流を流す方法で電圧を印加した。その電流と導
電率の関係を第2図に示す。この図は、抵抗が比
較的高い領域では、0.5Vの印加で、導電率のジ
ヤンプが見られ、抵抗が小さくなつて大電流が流
れるようになると、0.03Vの印加で同様の変化が
見られることを示している。この試料の最終的な
導電率は、8S/cmとなつた。 実施例 4 常法に従つてブタジインから、合成、精製した
ポリイン100mgに塩化鉄(FeCl3)を25mg加え、
めのう乳鉢で充分粉砕混合後、錠剤成形器により
直径1.3cm、厚み0.02cmの円形ペレツト状に成形
した。以下の操作は、実施例3と同様に行ない、
得られた材料の導電率は、3x10-2S/cmであつ
た。 実施例 5 常法に従つて合成、精製したビス(2,5−ジ
トリフルオロメチルフエニル)ブタジインを真空
封管して、γ線を5MR照射することにより重合
させた。このポリジアセチレンに、ドーピング成
分としてAgClO4を10重量%加え、十分よく混合
した粉末ポリジアセチレン結晶とした。以下の操
作は、実施例1と同様に行ない、得られた材料の
導電率は、0.7S/cmであつた。 実施例 6 実施例5において、ドーピング成分をテトラブ
チルアンモニウムヘキサフルオロホスフエート
((C4H94N PF6)として同様な操作を行なつた。
得られた材料の導電率は、1x10-4S/cmであつ
た。 実施例 7 常法に従つて、合成、精製したポリオキサジア
ゾールを共役系高分子化合物として、また、硝酸
銀をドーピング成分として用い、以下の操作は、
実施例1と同様に行なつた。得られた材料の導電
率は、2x10-4S/cmであつた。 実施例 8 常法に従つて合成、精製したビス(1,3−ペ
ンタジイニル)水銀を真空封管して、γ線を
10MR照射することにより重合させた。このポリ
ジアセチレンに、ドーピング成分としてAgClO4
を10重量%加え、十分よく混合した粉末ポリジア
セチレン結晶とした。以下の操作は、実施例2と
同様に行ない、得られた材料の導電率は0.5S/cm
であつた。 実施例 9 実施例1と同様にして合成したポリアセチレン
ゲルに、過塩素酸銀(AgClO4)を、異なつた割
合で混合し、成形したのち、実施例1と同様にし
て電圧を印加し、導電率を向上させた。 このようにして得られた最高導電率を第1表に
示す。
【表】 実施例 10 実施例1と同様にして合成したポリアセチレ
ン、ゲルに各種のドーパントを100重量%の割合
で混合し、成形したのち、実施例1と同様にして
電圧を印加し、導電率を向上させた。 このようにして得られた最高導電率を第2表に
示す。
【表】 この表において有機塩を用いたものの導電率が
低いのは、これが無機塩に比べて比重が小さく同
じ重量比で混合した場合その体積分率が大きくな
り体積導電率としては低い値になるためであり、
少ない重量比で添加した場合、例えばポリアセチ
レンゲルに(C2H54NAsF6を5重量%の割合で
混合した場合には導電率は180S/cmとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の有機導電性材料の製造方法
における、試料に電圧を印加する方法の一例を示
す概略図であつて、図中符合1は電極、2は共役
系高分子化合物にドーピング成分を添加した試
料、3は安定化電源、4は電流計である。第2図
は、本発明の有機導電性材料の製造方法におけ
る、電圧印加の方法を定電流で行なつた際の、電
流に対する導電率の変化を示すグラフであり、図
中の数字は導電率が急激に増加した時の電位を示
している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ポリアセチレン、ポリフエニレン、ポリナフ
    チレン、ポリチエニレン、ポリピロール、ポリカ
    ルバゾール、ポリキノン、ポリフエニレンビニレ
    ン、ポリシアノアセチレン、ポリブタジイン、ポ
    リジアセチレン、ポリ(アセチレン−ジアセチレ
    ン)、ポリイン、ポリメタルイン、ポリフエニレ
    ンビスベンゾチアゾール、ポリオキサジアゾー
    ル、ポリアゾメチン及びそれらの誘導体の中から
    選ばれた共役系高分子化合物中に、一般式 MrXs 〔式中のMはAg,Cu,Co,Fe,Mn,Cr,Li,
    Na,K,Mg,Ca,N(CH34,N(C2H54,N
    (C3H74,N(C4H94又はN(C6H64、XはCl,
    Br,I,ClO4,BF4,PF6,AsF6,NO3,SbF6
    SO3,SO4,SO3C6H6又はCO3、rとsはそれぞ
    れ1〜3の整数である〕 で表わされる化合物の中から選ばれる少なくとも
    1種のドーピング成分を0.1〜200重量%の割合で
    添加し、次いでこれを成形したのち、成形体の両
    端に各電極を設け、その間に電圧を印加し高導電
    化させることを特徴とする有機導電性材料の製造
    方法。
JP8721284A 1984-04-27 1984-04-27 有機導電性材料の製造方法 Granted JPS60229952A (ja)

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