Polimery elektroprzewodzące(1), st. Biotechnologia podręczniki, Materiały - Biotechnologia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Polimerów elektroprzewodz
ą
ce
materiały XXI wieku
- przegl
ą
d, synteza i zastosowanie
Monika ŚwiŜewska
Mgr inŜ. Monika ŚwiŜewska ukończyła Wydział Chemiczny Politechniki
Wrocławskiej w 2007. Tematem pracy magisterskiej była „
Synteza nowych monomerów
elektroprzewodz
ą
cych polimerów zbudowanych na bazie fenotiazyny
”, promotorem była
dr hab. Jadwigi Sołoducho. Swoją pracę zrealizowała w Zakładzie Chemii Medycznej i
Mikrobiologii w Pracowni Syntezy Makrocząsteczek i Materiałów Biomimetycznych
pod opieką mgr inŜ. Jacka Doskocza.
Spis treści
______________________________________________________________________
Spis tre
ś
ci:
1.
Wstęp .................………………………………………………3
2.
Przegląd polimerów elektroprzewodzących ……………..……5
2.1
Poliacetylen ………………………………………………..………....5
2.2
Polianilina …………………………………………………..………..7
2.3
Polipirol ………………………………………………….…………...9
2.4
Politiofen ………………………………………………….……..….10
2.5
Poli(3,4-etylenodioksytiofen) …………………………….………....11
2.6
Polifenylen ……………………………………………….……...…..12
3.
Mechanizm przewodzenia …………………………………....14
4.
Synteza polimerów elektroprzewodzących .……………….....16
4.1
Elektropolimeryzacja …………………………………...……….…..16
4.2
Synteza chemiczna polimerów elektroprzewodzących …..…….…...24
5.
Zastosowanie polimerów elektroprzewodzących ……….……26
5.1
Baterie i akumulatory ………………………………………..……...26
5.2
Polimerowe inhibitory korozji metali …………………………...…..27
5.3
Biosensory i sensory ……….…………………………………..........28
5.4
Kompozyty ekranujące ………………………………………...……30
5.5
Polimerowe powłoki przewodzące ……………………………….....31
5.6
Diody elektroluminescencyjne …………………………………..….32
5.7
Zastosowanie polimerów elektroprzewodzących w biologii i
medycynie …………………………………………………………....36
6. Literatura..................................................................................... 38
2
Zapraszamy na
www.nanonet.pl
Wstęp i cel pracy
______________________________________________________________________
1.
WSTĘP i CEL PRACY
„Polimery to przyszło
ść
w ró
Ŝ
nego rodzaju technologiach. Mo
Ŝ
na wymieni
ć
wiele
zasadniczych ró
Ŝ
nic mi
ę
dzy przewodnikami wykonywanymi z metali
a polimerowymi. Wszystkie przemawiaj
ą
na korzy
ść
tych drugich.”
Mariusz Karwowski
Zainteresowanie polimerami elektroprzewodzącymi gwałtownie wzrosło, kiedy w
1977 r. Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid i Hideki Shirakawa wykazali, Ŝe poddanie
przewodzącego poliacetylenu działaniu par bromu lub jodu powoduje wzrost
przewodnictwa elektrycznego polimeru do wartości charakterystycznych dla
przewodnictwa metali. Od tego czasu zaczęto poszukiwać nowych polimerów
elektroprzewodzących. Za odkrycie i wkład w rozwój badań polimerów
przewodzących Heeger, MacDiarmid i Shirakawa otrzymali w 2000 r. Nagrodę Nobla z
dziedziny chemii.
Polimery elektroprzewodzące łączą w jednym materiale elektryczne właściwości
metali, fizyczne i chemiczne cechy tworzyw sztucznych oraz, często nietypowe,
właściwości optyczne. Te nowe "syntetyczne metale” mają jedną istotną zaletę - ich
właściwości mechaniczne moŜna modyfikować w przeciwieństwie do metali.
Modyfikując chemicznie łańcuch polimeru, moŜna otrzymywać tworzywa o
właściwościach elastomerów, plastyfikowane, jak np. linoleum, sztywne (jak pręt
stalowy) itp. Ponadto polimery elektroprzewodzące moŜna przetwarzać metodami
stosowanymi w technologiach klasycznych polimerów. W Polsce prace nad polimerami
przewodzącymi mają równieŜ długą historię. Badania związane z polimerami
przewodzącymi prowadzono juŜ w latach 70-tych, począwszy od syntezy chemicznej
poliacetylenu, polipirolu czy polianiliny przeprowadzanej przez prof. A. Pronia i
współpracowników z Politechniki Warszawskiej, aŜ po elektrochemiczną syntezę
prowadzoną w Politechnice Śląskiej przez zespół prof. M. Łapkowskiego.
Elektroprzewodzące polimery znalazły zastosowanie aplikacyjne w nanotechnologii
(czujniki, sensory), w budowie urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych
(wyświetlacze).
3
Zapraszamy na
www.nanonet.pl
Wstęp i cel pracy
______________________________________________________________________
W ostatnich latach prowadzone są intensywne badania mające na celu
poprawienie jakości dotychczas poznanych polimerów elektroprzewodzących, a takŜe
poszukiwania nowych struktur, które posiadałyby nie tylko dobre właściwości
przewodzące, ale równieŜ interesujące właściwości optyczne, odporność mechaniczną i
termiczną. Niejednokrotnie związki takie wykazują równieŜ właściwości
elektroluminescencyjne, dzięki czemu stanowią atrakcyjny obiekt badań, a otrzymane z
nich polimery mogą znaleźć szerokie zastosowanie w róŜnych gałęziach gospodarki.
.
4
Zapraszamy na
www.nanonet.pl
Przegląd polimerów elektroprzewodzących
______________________________________________________________________
2.
PRZEGLĄD POLIMERÓW
ELEKTROPRZEWODZĄCYCH
2.1 Poliacetylen
a)
n
b)
n
Rys. 1. Wzory strukturalne a-
cis
-poliacetylenu, b –
trans
-poliacetylenu, c –
zdjęcie z mikroskopu elektronowego powierzchni filmu poliacetylenu
c)
Po raz pierwszy poliacetylen otrzymał Hideki Shirakawa w 1975r., natomiast w
1977r, wspólnie z amerykańskimi uczonymi Alanem J. Heegerem i Alanem G.
MacDiarmidem zastosowali proces domieszkowania, dzięki czemu przewodnictwo
polimeru bardzo znacznie wzrosło. Poliacetylen otrzymywany jest na drodze syntezy
chemicznej. Znanych jest kilkanaście metod otrzymywania tego polimeru. Najczęściej
polimeryzacja acetylenu prowadzona jest przy uŜyciu katalizatora Ziegler-Natty [9].
JeŜeli proces ten prowadzony jest w niskiej temperaturze (
-
78
o
C
) to polimer powstaje
w postaci izomerycznej
cis
, natomiast w wysokiej temperaturze (
100
-
150
o
C
)
powstaje izomer
trans
(rys. 15). Czysty poliacetylen ma barwę od ciemnoniebieskiej do
czerwonej. Polimer o konfiguracji
trans
ma barwę ciemnoniebieską (niemal czarną),
dobrze przewodzi prąd i jest termodynamicznie trwały. Natomiast forma izomeryczna
cis
poliacetylenu jest niestabilna termodynamicznie i w trakcie ogrzewania i
naświetlania samorzutnie stopniowo przechodzi w bardziej stabilną formę
trans
.
Przewodnictwo czystego (niedomieszkowanego) poliacetylenu wynosi od
10
-
S/cm
4
(76% postaci
trans
) do
10
-
S/cm (75% postaci
cis
). W celu poprawienia
przewodnictwa polimeru stosuje się proces domieszkowania. W tym celu uŜywa się
5
Zapraszamy na
www.nanonet.pl
9
[ Pobierz całość w formacie PDF ]