پلیمر های رسانا

پلیمر های رسانا

پلیمر های رسانا

2-1-تعريف …………………………………………………………………………………………………………………………………………..

2-2-تاريخچه ……………………………………………………………………………………………………………………………………….

2-3-تقويت پلیمر های رسانا ………………………………………………………………………………………………………………..

2 -3-1- مفهوم تقویت …………………………………………………………………………………………………………………….

2-3-2- ماهیت مواد تقویت کننده ………………………………………………………………………………………………….

2-3-3- تقویت شیمیایی …………………………………………………………………………………………………………………

2-3-4- تقویت الکتروشیمیایی …………………………………………………………………………………………………….

2-3-5- برگشت پذیری ………………………………………………………………………………………………………………….

2-4-روش­هاي تهیه پلیمر های رسانا …………………………………………………………………………………………………

2-4-1- پلیمر شدن شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………

2-4-2- پلیمر شدن الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………

2-5 رسانایی پلیمر های رسانا …………………………………………………………………………………………………………….

2-5-1- نظریه نوار …………………………………………………………………………………………………………………………

2-5-2- مکانیزم رسانایی پلیمر های رسانا …………………………………………………………………………………….

2-6-كاربردها ………………………………………………………………………………………………………………………………………

2-6-1- باتری­های با قابلیت شارژ مجدد ………………………………………………………………………………………

2-6-2- وسایل الکتروکرومیک ……………………………………………………………………………………………………..

2-6-3- کاربرد­های پزشکی …………………………………………………………………………………………………………..

2-6-4-حسگر­ها …………………………………………………………………………………………………………………………….

2-6-5- الکترود­های پلیمری …………………………………………………………………………………………………………

2-6-6- انواع مواد هوشمند …………………………………………………………………………………………………………..

2-7-معايب ومزايا ……………………………………………………………………………………………………………………………….

منابع

پليمر­هاي رساناي الكتريكي

اين گروه داراي پيوند­هاي يگانه و دوگانه متناوب هستند. اين پيوند­هاي متناوب يك شبكه π وسيع و گسترده تشكيل مي­دهند. جا­به­جايي الكترون در اين شبكه π منبع رسانايي است. در  پلیمر های رسانا ي الكتريكي، رسانايي در يك زنجير پليمري بر اساس ماهيت مزدوج مولكول­هاي پليمر و در نتيجه تحرك الكترون­هاي π است، در حالي­كه در پليمر­هاي اكسايشي و كاهشي، اين رسانایي بر اساس مراكز اكسنده و كاهنده ثابت است[5].

در بين پليمر­هاي رساناي فوق­الذکر، دسته چهارم خواص بهتر و كاربرد­هاي بيشتري دارند و تحقيقات وسيع­تري به منظور بهينه­سازي خواص وكاربرد­هاي آنها در مراكز علمي و پژوهشي سراسر جهان صورت گرفته است. در اين تحقيق، منظور از پلیمر های رسانا ، پليمر­هاي رساناي الكتريكي يا پليمر­هاي مزدوج است.

تقويت پلیمر های رسانا

مفهوم تقويت

از ويژگي­هاي پلیمر های رسانا اين است كه با عمل تقويت مي­توان رسانايي آنها را از محدوده عايق تا فلز كنترل كرد. تقويت به معني افزايش رسانايي پليمر با استفاده از عناصر اكسنده و كاهنده است. اكسايش پليمر را تقويت نوع p وكاهش آن را تقويت نوع n مي­گويند. تقويت پلیمر های رسانا ، عبارت از پخش تصادفی عوامل تقويت­كننده در ساختار منظم يك زنجير پليمري است[5].

تقويت باعث تشكيل عيوب مزدوج مثل پلارون[1]­ها و باي­پلارون[2]­ها مي­شود (که در بخش­های آتی با آن­ها بیشتر آشنا می­شویم) و حضور اين عيوب باعث كاهش شكاف نواري پليمر اوليه شده و امكان انتقال الكترون را افزايش مي­دهد. به طور كلي پلیمر های رسانا را به روش­هاي شيميايي و الكتروشيميايي و تقويت خودي[3]، تقويت ناشي از تابش[4] و تقويت ناشي از تبادل يوني مي­توان تقويت كرد[9]. دو روش اول به علت سهولت روش و هزينه كم كاربرد بيشتري دارند. البته تقويت ناشي از هر روش خواص و كاربرد­هاي مخصوص به خود را دارد.

به عنوان مثال كنترل پتانسيل شيميايي از مزاياي روش الكتروشيميايي است ولي در روش شيميايي مي­توان رسانايي را به نزديكي رسانايي مس رساند. تقويت الكتروشيميايي در كاربرد­هايي ­نظير باتري­هاي الكتروشيميايي و پنجره­هاي الكتروكروميك و هوشمند و سلول­هاي الكتروشيميايي نوردهنده كاربرد دارد و كاربرد تقويت شيميايي در الكترود­هاي شفاف و محافظ­هاي الكترو مغناطيس است. تقويت علاوه بر اين­كه موجب افزايش رسانايي مي­شود، با وارد شدن يون مقابل، تعادل بار را نيز تامين مي­كند[10].

روش­هاي تهيه پلیمر های رسانا

روش ثابتي براي تهيه پليمر­هاي آلي كه مي­توانند به پليمر­هاي رسانا تبديل شوند نمي­توان پيشنهاد كرد. به طور كلي پلیمر های رسانا را مي­توان با هر يك از روش­هاي پليمر شدن شيميايي، پليمرشدن فوتوشيميايي، پليمر شدن امولسيوني تغليظ شده، پليمر شدن حالت جامد، پليمر شدن پلاسمايي و پيروليز تهيه نمود[5]. از ميان روش­هاي مذكور، پليمر شدن شيميايي و الكتروپليمر شدن توجه بسياري از محققين را به خود جلب كرده است.

مكانيزم رسانايي پلیمر های رسانا

هنگامي كه در فرايند تقويت كردن پليمر، يك الكترون از زنجيره پليمري جدا مي­شود، يك راديكال كاتيون ايجاد مي­شود كه داراي اسپين   است و پلارون نام دارد. پلارون قابليت حركت بر روي تعدادي مونومر را دارد. علت نامگذاري پلارون پلاريزه شدن محيط اطراف اين راديكال كاتيون به منظور پايداري  است. اين پلاريزه شدن باعث ايجاد يك سطح تهييج شده الكترونيكي مي­گردد و لذا سطح انرژي موضعي را از ميزان نوار ظرفيت افزايش داده و به درون شكاف نواري مي­رساند.

حال چنان­چه الكترون ديگري از پليمر توسط توسط فرايند تقويت كردن خارج شود، مي­تواند يك پلارون ديگر ايجاد كند و يا اگر از پلارون قبلي الكترون ديگري گرفته شود؛ يك باي­پلارون ايجاد مي­شود. باي­پلارون يك عامل بدون اسپين است. تشكيل اين عامل انتقال بار بدون اسپين مي­تواند فقدان اسپين مشاهده شده در نيمه­رسانا­ها را نيز توضیح دهد.

پلارون­ها نسبت به باي­پلارون­ها ناپايدارتر­ند و لذا تمايل به سطوح تقويت بالاتري دارند. با وجود اين برخي از خواص ناشي از حضور اسپين هنوز در پليمر باقي مي­ماند كه علت آن حضور پلارون­هاي به دام افتاده در عيوب شبكه و يا تجزيه گرمايي باي­پلارون­ها­ست. با افزايش ميزان تقويت، سطوح انرژي باي­پلارون مي­تواند نوار­هايي درون نوار تشكيل دهند و لذا رسانايي تسهيل مي­شود[5 و 16](شكل2-8).

كاربرد پلیمر های رسانا

كاربرد­ پلیمر های رسانا در صنايع و نقش انكارناپذير اين مواد در زندگي امروزي چنان­كه گفته شد، گسترده­تر از آن است كه مجال بحث در مورد يكايك آن­ها در اين­جا فراهم باشد. به پاره­اي از مهم­ترين كاربرد­هاي اين مواد اشاره مي­شود:

2-6-1-باتري­هاي با قابليت شارژ مجدد[1]: از پلي­پيرول، پلي­استيلن و …در ساخت اين باتري­ها استفاده مي­شود و اين باتري­ها در رايانه­هاي همراه، گوشي­هاي تلفن همراه و … كاربرد دارند. باتري­هاي قابل شارژ ساخته شده از اين مواد نسبت به باتري­هاي ليتيومي موجود در بازار عمر طولاني­تر، وزن كمتر و رسانايي بالا­تر دارند و در برابر شارژ بيش از حد و نشت مواد شيميايي مقاوم هستند[19].

2-6-2- وسايل الكتروكروميك: وجود يك چرخه برگشت­پذير بين عايق و رسانا و همچنين تفاوت رنگ در حالت عايق و رسانا اين مواد را مناسب براي كاربرد در انواع نمايشگر­ها و تابلو­هاي اعلام كرده است[19].

2-6-3- كاربرد­هاي پزشكي: استفاده از پليمر­هاي مزدوج در پزشكي بسيار گسترده و رو به افزايش است. از اين دسته كاربردهاي جالب مي­توان به ماهيچه­هاي مصنوعي، عصب مصنوعي، غشاي   زيست­پزشكي و كنترل رهايش دارو اشاره كرد[20و22].

2-6-4- حسگر­ها: انواع حسگر­هاي گازي و زيست حسگر­ها با كاربرد­هاي متنوع با استفاده از انواع پليمر­هاي رسانا ساخته شده است. به عنوان مثال اين حسگر­ها در تشخيص مواد سمي و خطرناك براي انسان در كارخانه­ها، انبارها، معادن و … به كار مي­روند.كاربرد وسيع اين حسگر­ها باعث شده است كه تلاش­هاي زيادي براي بهبود عملكرد حسگر­هاي ساخته شده از اين مواد صورت گيرد. حسگر­هايي ساخته شده­اند كه به غلظت­هاي در حد ppb حساس هستند[21].

پلیمر های رسانا

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های شیمی کلیک کنید.

نمونه ای از منابع پلیمر های رسانا

• [1] استیونز م پ، (1385) “شیمی پلیمر” شکروی ع و خزایی ا، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تربیت معلم، تهران.
• [2] عطارزاده ن، 1387، پایان­نامه ارشد: “بهبود مقاومت به خوردگی پوشش­های الکتروپلیمریزه پلی­پیرول در حضور ساخارین و نانو ذرات مگنتینی”، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان.
• [3] Skotheim T. A. (2002) “Handbook of Conducting Polymers (Conjugated Polymers Processing and Applications”, 3rd Ed, CRC – Press, Boca Raton.
• [4] Bakhshi.A.K. and Bahalla G.(2004) “Electrically conducting polymers: Materials of the twenty first century “, J. Scientific & Industrial Research, 63, pp715.
• [5] اشرفي حبيب آبادي ، ع ،‌(1380)، پايان‌نامه ارشد؛ ” پوشش‌دهي فولاد با پلي پيرول، پلي متيل پيرول و پلي (پيرول – كو متيل پيرول) به روش پليمر شدن الكتروشيميايي و بررسي مقاومت خوردگي آن “،‌ دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي اصفهان.
• [6] Available at http://nobelprize.org
• [7] Heeger A. J., (2000) ” Semiconductig and Metallic polymers: The fourth Generation of polymeric Materials “Nobel lecture, Chemistry.
• [8] Available at www.kva.se
• [9] Kumar D., Sharma R. C. (1998)” Advances in conductive Polymers, (Review Article)”, Eur. Polym, 34, 8, pp1053.
• [10] Nigrey P. J., MacDiarmid A. G., Heeger A. J. (1979) ” Electro chemistry of poly acetylene, (CH)x : electro chemical doping of (CH)x films to the metallic state ” ,chem.  Commun, 96, 594.
• [11]  ارسلاني ن و دادرس مدني و انتظامي ع، ‌(1371) ” دوپه كردن پليمرهاي رساناي الكتريسيته ” مجله علوم و تكنولوژي پليمر ، سال پنجم ، شماره سوم ص 164.
• [12] Malinauskas A. (2007),”Chemical Deposition of Conducting polymers”, polymer, 42, pp3957.

13-…

14-…