[发明专利]导电高分子单体的合成方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种导电高分子单体的合成方法，特别是关于一种制备高 纯度3，4-乙烯二氧噻吩(3，4-ethylenedioxythiophene，EDT)的导电高分子单体 的合成方法。

背景技术

1958年，纳塔(Natta)利用含铝及钛的有机物为触媒，亦即所谓的齐格- 纳塔(Ziegler-Natta)触媒，将乙炔气体聚合成为聚乙炔(polyacetylene，PA)。当 时他已发觉此共轭高分子具有导电性，但并未继续深入研究。在1970年代初 期，任教于东京工业大学的日本化学家白川英树(Hideki Shirakawa)博士的 韩国学生误将触媒用量多加1000倍，得到银白色的顺式聚乙炔(cis-PA)薄膜， 若在真空或惰性气体中加热此薄膜，顺式聚乙炔将转变为金黄色的反式聚乙 炔(trans-PA)。当时他并不知悉此膜可做为导电体。

2000年日本化学家白川英树、美国化学家麦克戴密(Alan G.MacDiarmid) 及物理学家希格(Alan J.Heeger)发现若将聚乙炔(PA)曝露于碘蒸气中进行氧 化反应处理，聚乙炔(PA)的导电度将大幅提升近十亿(109)倍，因而获颁诺贝 尔化学奖。这三位科学家在导电高分子的发现及发展上有革命性的贡献，并 引导工业上实用化的进展。他们的研究改变了一般人将高分子(塑料)视为绝 缘体的印象，导电高分子可同时具有半导体及导体的特性。此后，在国际上 对导电高分子的研究即快速成长，并发现了许多新而重要的应用。

近年来，由于导电高分子材料的快速发展，使得一般利用金属材料的电 子与信息产品能进一步朝向更轻薄短小的方向发展。因为导电高分子具备特 殊的光电特性，故其应用领域极为广泛，例如：(1)发光二极管(Light-emitting diode，LED)；(2)场效晶体管(Field effect transistor，FET)；(3)电致变色组件 (Electrochromic)；(4)可反复充放电电池；(5)太阳能电池；(6)生医传感器；(7) 固态电容器(Solid capacitor)；及(8)抗静电及电磁波遮蔽涂布(EMI shielding) 等。

在过去的30年里，一些有用的导电高分子已经成功的被开发出来，例如： 聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrolidone)及聚噻吩(polythiophene)等。其 中，噻吩(thiophene)为聚噻吩的单体，是较早期的材料，其缺点为溶解度低 且颜色深暗，不利于加工与应用。

在1980年代后期，德国拜耳(Bayer)公司成功的发展出一种新的聚噻吩 衍生物，亦即聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDT)。 其中，3，4-乙烯二氧噻吩(EDT)则为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)的单体。科学家最初 发现PEDT是一种不溶于水的高分子聚合物，然而它呈现一些独特的特性， 例如：具有非常高的电导率(300S/cm)及薄膜透明度，且不容易被氧化等。 由于PEDT及其衍生物具有良好的导电特性，因此在固体电解电容器、塑料 抗静电涂层及照相胶卷涂层等领域有着广泛的应用。

就电容器的领域而言，传统的铝电解电容器受限于液态电解液的特性而 存在着数种缺点，例如：(1)电容量易受使用时周围温度及湿度的影响而变化， 以致于稳定性不佳；(2)电容器会随着累积使用时间而退化、寿命有限；(3) 电容器中存在着电阻损失(resistance loss)和介质损失(dielectric loss)现象，会 消耗电力转变成热，而使温度上升，加速电容器的劣化；及(4)高频特性差、 呈现电感性，以致于限制此类电容器在高频线路上的使用。因此，新世代的 铝电解电容器开始采用具有高导电度及优异热稳定性的导电高分子材料作为 固态电解质，以代替传统式铝电解电容器内的电解液，其大幅改善传统液态 铝电解电容器的缺点，并展现出极为优异的电器特性与可靠度，例如：导电 性高分子固态铝电解电容器的涟波电流承受力约为同规格的传统液态铝电解 电容器的10倍，且不受温度的影响；电容器的高频阻抗不及传统电容器的一 半，同时具备极为优异的使用寿命。因此，导电性高分子铝固态电解电容器 已成为下一世代固态电解电容器的开发主流，导电性高分子固态电容器也成 为尖端先进的电容器代名词。