İletken polimerlerin in situ ESR tekniği ile incelenmesi

Abstract

İletken polimerler yıllardır çok sayıda araştırmanın konusudur. İletkenlik mekanizmi iletken polimerlerin anlaşılması açısından önemlidir. Doplanmamış durumda iletken polimerler yalıtkan iken, kimyasal veya elektrokimyasal doplama yoluyla elektriksel iletkenlikleri metalik bölgeye kayma eğilimindedir.İletken polimerlerde doplama ile artan ESR şiddeti polaron artışına atfedilir. Fakat yüksek doplama seviyelerinde iletkenlik artarken spin yoğunluğu düşer. ESR şiddeti ile iletkenlik arasındaki bu ilişki spinsiz bipolaronik model ya da spin doğasının curieden pauliye değiştiği polaron örgü modeliyle yorumlanır.Bu tezde, P3MET, polypyrrole, PEDOT:PSS ve TAA ve bunların kopolimerlerinin filmlerinin in situ ESR ölçümleri yapıldı. Bu ölçümler ESR şiddet, çizgi genişliği ve direncin, elektrokimyasal doplama potansiyeline göre bir değişimi olarak incelenmiştir. PEDOT polimeri için çizilen in situ ESR ölçümleri ve direnç değişiminin karşılaştırılması polaron-bipolaron dönüşümü olduğunu göstermiştir. TAA polimeri içinde benzer sonuçlar elde edilmiştir. Bu iki polimerin kopolimerinin in situ ESR spektrumlarında ise, daha şiddetli ESR sinyalleri görülmüştür. Bu durum bu kopolimerde diğerlerine kıyasla iletkenliğin daha artması demektir. Poly(3-methylthophene) polimerinin in situ ESR ölçümleri ve direnç değişimi grafiklerinden bu polimerde bipolaronlaşma ya da polaron çiftlenmesinin başlamasıyla spin konsantrasyonun da azaldığı ve bunun sonucu olarak çizgi daralması gözlendiği sonucuna varılmıştır. Pyrrole için de aynı ölçümler ve çizimler yapılmıştır. Burada da benzer iletkenlik mekanizması söz konusudur. P3Meth-Pyrrole kopolimerinin incelenmesinde ESR şiddetinin sıcaklık bağımlılığı grafiği de çizdirilmiştir. Burada spin tabiatının curieden pauliye dönüşümü gözlenmiştir. Dolayısıyla bu durumda polaron örgü modelinin geçerli olduğu gözlenmiştir.Conducting polymers is subject of many studies. Conductive mechanism is very important to understand conducting polymers. In undoped state, conducting polymers is insulator, and upon doping their conductivities tends to change to metalic regime.In conducting polymers, ESR intensity increasing with doping is attributed to increasing of polarons. In the higher doping levels, however, spin density decreases as conductivity increases. It is attributed spinless bipolaronic model or polaron lattice model that spin nature changes from Curie to Pauli.In this thesis, we present the results of our in situ ESR measurements on P3MT, PP, PEDOT:PSS, TAA and their copolymers. The data were obtained from ESR intensity, linewidth and resistance measuments as a function of doping potential through in situ ESR measurements. The comparison of in situ EPR and resistance measurements for PEDOT polymers showed polaron-bipolaron conversion. Similar results also were obtained for TAA polymers. More intensive ESR signals were observed in the spectrums of the co-polymer of these two polymers. This shows that the conductivity in these co-polymers is much more in comparison to others. According to the in situ EPR and resistance measurements of poly(3-methylthophene) polymer, the spin concentration decreased. It results from polaron-bipolaron conversion or polaron pairing. Therefore, line narrowing was observed in EPR line. The same measurements were also done for pyrrole and similar conductivity mechanism was observed. For P3Meth-Pyrrole copolymer, dependence of ESR measurements on the temperature also were obtained. Therefore, it was seen that a conversion of spin nature from Curie to Pauli. So polaron lattice model was valid.