Polimery przewodzące [historia i autorzy]

Polimery przewodzące - polimery zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego.

Ze względu na mechanizm przewodzenia istnieją trzy rodzaje polimerów przewodzących:

  • przewodzące "po głównym łańcuchu" - przewodzenie odbywa się w nich podobnie jak w metalach, dzięki istnieniu pasm przewodnictwa powstających w wyniku delokalizacji elektronów w wiązaniach chemicznych; polimery tego rodzaju zawierają zwykle układy sprzężonych wiązań wielokrotnych; nazywane są polimerami skoniugowanymi lub polimerami metalicznymi; niektóre tego rodzaju polimery nie zawierają jednak wiązań wielokrotnych lecz ich przewodnictwo wynika z nakładania się pustych orbitali d wzdłuż głównego łańcucha
  • przewodzące poprzez mechanizm kompleksowania z przeniesieniem ładunku; polimery tego rodzaju zawierają grupy boczne o strukturze kompleksów zdolnych do przenoszenia ładunku, takich jak TCNQ lub TTF
  • przewodzące jonowo zwane polielektrolitami, w których jony są transportowane przez kanały występujące między łańcuchami polimerów.

Te trzy rodzaje mechanizmu przewodzenia polimerów są często z sobą mieszane w jednym materiale aby zwielokrotnić ich efekt. Np: polimery przewodzące "po głównym łańcuchu" są często modyfikowane kompleksami z przeniesieniem ładunku.

Spis treści

Polimery przewodzące "po głównym łańcuchu"

Budowa polimerów przewodzących

W czasie procesu polimeryzacji acetylenu, gazu, którego struktura cząsteczki zawiera dwa atomy wodoru oraz dwa atomy węgla, między którymi występuje potrójne wiązanie, jedno z tych trzech wiązań pęka. Cząsteczki acetylenu łączą się wówczas w długie łańcuchy, stanowiące ścieżkę dla poruszających się elektronów. Układ wiązań między atomami węgla – na przemian podwójne i pojedyncze ...-C=C-C=C-C=... – umożliwia elektronom poruszanie wzdłuż łańcucha powodując przepływ prądu elektrycznego.

Układ wiązań podwójnych oddzielonych wiązaniami pojedynczymi nazywamy wiązaniem sprzężonym albo układem sprzężonym wiązań podwójnych. Gdy do powstałego tak poliacetylenu doda się jod, to przewodnictwo elektronowe takiego polimeru wzrośnie aż o 18 rzędów wielkości. Wynika to z faktu, że cząsteczki jodu kompleksują do wiązań wielokrotnych poliacetylenu tworząc z nimi kompleks z przeniesieniem ładunku. Układ sprzężony powoduje, że właściwości takich polimerów są zbliżone do własności półprzewodników samoistnych.

Historia

Odkrycia polimerów przewodzących po głównym łańcuchu dokonało w latach 70. XX w. trzech naukowców: Hideki Shirakawa, Alan G. MacDiarmid i Alan J. Heeger. Wykazali oni, że poliacetylen poddany działaniu par bromu lub jodu powoduje wzrost przewodnictwa elektrycznego do wartości charakterystycznych dla przewodnictwa metali. Za odkrycie i wkład w rozwój badań polimerów przewodzących wszyscy trzej w 2000 r. otrzymali Nagrodę Nobla z dziedziny chemii. .

Przykłady

Polimerami przewodzącymi "po głównym łańcuchu" są między innymi: poliacetylen, polimery zawierające pierścień aromatyczny oraz polimery heterocykliczne takie jak: polianilina, polipirol, politiofen oraz ich odmiany. Zdolność do przewodnictwa posiadają też polifosfazeny, polisilany i polisiarczki.

Zastosowania

Polimery przewodzące "po głównym łańcuchu" bez domieszek są półprzewodnikami, zatem znajdują zastosowanie w diodach elektrolumimescencyjnych (fotodiody), tranzystorach polowych, ogniwach fotowoltaicznych, kolorowych organicznych wyświetlaczach elektroluminescencyjnych (OLED) do telefonów komórkowych, komputerów przenośnych, odtwarzaczy multimedialnych, w laserach organicznych, sensorach (nos elektroniczny, biochipy) oraz foliach pochłaniających promieniowanie radarowe i podczerwone. Te ostatnie posiadają właściwości o znaczeniu militarnym, np. w samolotach niewidzialnych przez radary czy w tkaninach maskujących żołnierzy przed noktowizorami.

Polimery przewodzące umożliwią otrzymanie układów elektronicznych działających szybciej niż obecne i zużywających znacznie mniej energii. Rewolucja technologiczna umożliwi budowę tanich przenośnych palmtopów, świecących folii, dużych billboardów z ruchomymi reklamami, płaskich zwijalnych telewizorów (ekrany takich telewizorów z łatwością można będzie zawieszać na ścianie, a po użyciu bezpiecznie zwinąć w rolkę).

Polimery przewodzące domieszkowane wykazują wysokie przewodnictwo elektryczne, zbliżone do przewodnictwa metali. Takie polimery mają zastosowanie w produkcji trwałych, lekkich termicznie folii o własnościach mechanicznych plastyku, a przewodzącą prąd prawie tak jak metale.

Niedomieszkowane i domieszkowane polimery przewodzące znajdują ponadto wiele innych specyficznych zastosowań jako składniki sensorów elektrochemicznych i biologicznych, w produkcji kondensatorów o dużej pojemności i małych rozmiarach, jako materiały elektrochromowe, w ochronie przed korozją itd.

Polimery przewodzące znalazły zastosowanie jako przewodniki elektryczne i materiały do budowy nieliniowych urządzeń optycznych, czujników, polimerowych diod elektroluminescencyjnych, wyświetlaczy elektrochromowych, pokryć antystatycznych, fotorezystorów, ogniw elektrycznych, elektrod elektrochemicznych, polimerowych tranzystorów polowych, miniaturowych diod fotowoltaicznych (ogniw słonecznych), diod elektroluminescencyjnych i polimerowych laserów.

Pokaż ten artykuł na Wikipedia.pl

Tekst udostępniany na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Zobacz szczegółowe informacje o warunkach korzystania.
Zasady zachowania poufności. O Wikipedii. Korzystasz z Wikipedii tylko na własną odpowiedzialność. Materiał pochodzący z Wikipedii został zmodyfikowany poprzez ograniczenie liczby przypisów. Wikipedia® is a registered tradmark of the Wikimedia Foundation.

Kategorie dla tego artykułu