انواع و کاربرد پلیمرهای رسانا چیست؟
4344085#0
در سال ۱۹۷۹ برای اولین بار، دیاز و همکارانش پلی پروپیل را به عنوان پلیمری با خاصیت رسانایی معرفی کرد. این یافته‌ها در سال ۲۰۰۰جایزه نوبل شیمی را برای شیراکاوا، مک دیارمید، هیگر به دنبال داشت. از جمله متداول‌ترین پلیمرهای رسانا می‌توان به پلی تیوفن، پلی آنیلین، پلی پروپیل، پلی پارافنیلن اشاره کرد. خصوصیت الکتریکی، الکتروشمیایی، نوری پلیمرهای رسانا، آن‌ها را به عنوان مادهای برای کاربرد در پوشش‌های ضد الکتریسیته ساکن، پوشش‌های ضد خوردگی، پوشش‌های برای جذب امواج ماکروویو، بیوحسگرها تبدیل کرده‌است. خواص رسانایی پلیمرها به میزان دلخواه قابل تنظیم است به طوری که می‌تواند در حد رساناها یا نیم‌رساناها باشد. این پلیمرها از نظر ساختاری در زنجیرهٔ اصلی خود دارای باند دوگانه به صورت یک در میان است به طوریکه طی فرایند دوپاند شدن خواص رسانایی آن‌ها افزایش می‌یابد. اصطلاح آلایش کردن از لغت‌نامه اجسام نیم‌رسانا گرفته شده‌است زیرا مواد پذیرنده و دهنده الکترون می‌توانند موجب افزایش رسانایی پلیمرهایی با سیستم مزدوج شوند. اصطلاح آلایش کردن مترادف اکسایش یا کاهش است. شکل فضایی و نیروهای بین زنجیره‌های ضعیف، نفوذ یون آلایش‌کننده را به میان زنجیره‌های پلیمر ممکن می‌سازد. تنها آلایشی مورد استفاده قرار می‌گیرند که همراه با ایجاد پایداری شیمیایی توانایی رسانندگی الکتریکی را نیز بالا برند. این ویژگی تعداد آلایش کننده‌های مفید را به انواع I2 و FeCl3 برای الکترون پذیرنده‌ها و Li, Na وk برای الکترون دهنده‌ها محدود می‌سازد آلایش کردن پلیمر سبب می‌شود که:
پلیمرهای رسانا
4344085#16
برای رسانا کردن این مواد چند روش وجود دارد:
پلیمرهای رسانا
4004283#3
پلی پیرول و پلیمرهای رسانا امروزه کاربردهای فراوانی در تهیه باتری ها، ابر خازن ها، پیل های خورشیدی، ممانعت از خوردگی، حسگرها و فطعات الکترونیکی یافته‌اند.
پلی پیرول
4344085#21
· می‌توان آن‌ها را با آلایش کننده‌های مولکولی یا اتمی اکسید یا احیا کرد.
پلیمرهای رسانا
4344085#17
· ایجاد پلیمری با زنجیر اصلی نیم‌رسانا با پیوند دوگانه یک در میان که این افزایش رسانایی با فرایند آلایش کردن امکان‌پذیر است.
پلیمرهای رسانا
4344085#5
وضعیت الکترونی پلیمرها مانند عایق‌ها و نیم‌رسانا هاست: نوار والانس آن‌ها پُر و نوار رسانای‌یشان خالی است و میان این دو نوار یک شکاف بزرگ انرژی (منطقه غیرمجاز) قرار دارد. پلیمرهای رسانا با تکرار پیوندهای دوگانه به‌طور مزدوج از پلیمرهای معمولی متماییز می‌شوند. در حالت خنثی دو گونه نوار انرژی که مربوط به الکترون‌های π است، وجود دارد: شکاف انرژی بین دو نوار به همان ترتیبی است که در نیم‌رساناها وجود دارد: اغلب بزرگتر از 1eV (مانند پلی استیلن) است و گاهی به چندین الکترون ولت نیز می‌رسد (مانند پلی تیوفن و پلی پیرول). این موضوع آشکارا علت نبود رسانش را در پلیمرهای رسانا در حالت خنثی، با وجود داشتن سامانه مزدوج بالای پیوندهای دوگانه، بیان می‌دارد. بیشتر پلیمرهای رسانا در گذشته در حالت خنثی تهیه شده بودند ولی، به رسانایی آن‌ها تنها در دو دهه پیش، پس از فرایند آلایش کردن، پی برده شد. در نیم‌رساناهای معدنی خالص (مانند سیلیکون) نیز وضعیتی همانند حاکم است. در هر حالت، رسانش الکتریکی تنها در حالتی برقرار می‌شود که ناخالصی‌هایی مناسب برای ایجاد سطوح انرژی غیرمجاز در شکاف انرژی وجود داشته باشند. این سطوح باید به اندازه کافی به نوار رسانایی (ناخالصی‌های الکترون دهنده که موجب رسانایی گونه n می‌شود) یا متناوباً به نوار والانس (ناخالصی‌های الکترون پذیر که حفرات را در نوار والانسی ایجاد می‌کنند و به دنبال آن موجب ایجاد رسانش گونه p می‌شوند) نزدیک باشند. این مکانیسم بسیار ساده به درک مفهوم سولیتون، پلارون و بای پلارون، که مسئول افزایش رسانش الکتریکی در پلیمرهای رسانا هستند، کمک می‌کند.
پلیمرهای رسانا
4344085#10
برای کنترل رسانایی در طول آلایش کردن، با به‌کارگیری عامل‌های آلایش کم خطرتر و یافتن روش‌های آلایش کردن آسان و قابل کنترل، کوشش‌هایی شده‌است. مانند جایگزین‌های آلایش کردن که در زیر آورده شده‌اند:
پلیمرهای رسانا
5393160#15
کاربردهای جدید شامل پنجره‌های هوشمند و کاغذ الکترونیکی است . انتظار می‌رود که پلیمرهای رسانا نقش مهمی در علم نوظهور رایانه‌های مولکولی داشته باشند.
الکترونیک آلی
4344085#23
· ویژگی‌های الکتریکی و نوری این‌گونه مواد به ساختار الکترونیکی و شیمیایی واحدهای تکراری در آن‌ها بستگی دارد.
پلیمرهای رسانا
5908408#12
استفاده از الکتریسیته برای فعال کردن اثر حافظه شکلی پلیمرها برای کاربردهایی مطلوب است که امکان استفاده از گرما در آنها وجود ندارد و این مسئله یکی دیگر از حوزه‌های فعال تحقیقاتی میباشد. در برخی از تلاش‌های کنونی از کامپوزیت‌های SMP رسانا با نانولوله‌های کربنی ، فیبرهای کربنی کوتاه (SCFs)، دوده ی کربن، یا پودر فلزی نیکل استفاده می‌کنند. این SMP های رسانا توسط نانولوله های کربنی چند جداره اصلاح کننده سطح شیمیایی (MWNTs) در حلال مخلوط اسید نیتریک و اسید سولفوریک تولید میشوند با این هدف که پیوند سطحی بین پلیمرها و پرکننده های رسانا را بهبود بخشند. بوسیله ی نسخه های اصلاح شده سطحی که راندمان تبدیل انرژی خوب و خواص مکانیکی بهبود یافته را نشان می دهند، مشخص شده است که اثر حافظه شکلی این نوع SMPها به محتوای پرکننده و درجه بهسازی سطح MWNT ها بستگی دارد.
پلیمرهای حافظه‌دار