Что мы знаем о проводящих полимерах?

Проводящие полимеры относятся к полимерам, которые могут передавать электрический заряд, что делает их жизнеспособными вариантами проводников. Эти вещества объединяют способность металла проводить электрический заряд с преимуществами свойств полимера.
Различные проводящие полимеры и методы их синтеза
Полипиррол, поли(фенилацетилен), поли(п-фениленсульфид), поли(п-фенилен), политиофен, полифуран, полианилин, поликарбоксилат и его производные являются одними из нескольких различных проводящих полимеров, эффективно используемых в промышленности. Исследователь Хидэки Сиракава был награжден благородной премией в 2000 году за разработку и увеличение проводимости путем загрязнения/легирования полиацетиленовых пленок.

Реакции химического окисления, электрохимическая обработка, полимеризация в паровой фазе, геотермальный, гидротермальный методы, использование шаблона, электропрядение, самосборка, фотокаталитические процедуры, метод включения, твердофазный процесс и плазменное гелеобразование использовались для создания проводящих полимеров.

Полиацетилен и его производные обладают многофункциональностью. Полиацетилен может быть синтезирован с использованием различных методов, включая каталитическую полимеризацию, некаталитическую полимеризацию, ферментативную полимеризацию других мономеров и производство с использованием предшественников.

Катализаторы, такие как катализаторы Циглера-Натта или катализаторы Латтинджера, используются для производства в случае катализируемой полимеризации. Полианилин является одним из наиболее интригующих и широко исследованных проводящих полимеров. Одним из самых простых способов получения полианилина является процесс окисления. Полианилин также синтезируется посредством модификации поверхности, при которой мономер анилина растворяют в экстракционной жидкости, такой как толуол.

Полипиррол является основным проводящим полимером, который получают с помощью электрохимического синтеза. Поли(п-фенилен) представляет собой большую молекулу, состоящую из ядер ароматических бензоидов. Первый химически синтезированный поли(п-фенилен) был получен с использованием процесса связывания металлов, известного как реакция Вюрца-Фиттига.

Прямое окисление молекулы бензола обычно используется при производстве поли(п-фениленов). Политиофен был успешно получен химическим способом с использованием таких методов, как прямой золь-гель, окисление, процесс металлоорганического связывания, электрополимеризация, рецептура с использованием шаблона, а также термические и сольвотермические процессы.

Электрические свойства проводящих полимеров
Электронные полосы вещества обычно используются для описания его электрических характеристик. Разность энергий между запрещенной зоной и валентной зоной отличает изоляторы от проводников. Ширина запрещенной зоны материалов с собственной проводимостью уже, а зоны проводимости и валентная зона перекрываются.

Все проводящие полимеры имеют сопряженные соединения в своей полимерной цепи, которые необходимы для подвижности электронов. Нелегированные первичные полимеры могут служить изоляторами или полупроводниками, а проводимость возрастает по мере увеличения концентрации загрязняющих веществ. Легирование подразделяется на два типа: легирование p-типа и легирование n-типа, и легирующие примеси создают как положительно, так и отрицательно заряженные поляроны/биполяроны.

Носители заряда необходимы для передачи в механизме проводимости сопряженного полимера. Носители заряда в проводящих полимерах прыгают не только в дефектной области, но и в межслоевых промежутках. Согласно Мотту, на диэлектрические свойства влияют температура и концентрация. Модель Мотта успешно использовалась для описания процесса проводимости в полиморфных и органических полимерах, и эта теория была попыткой исследовать влияние тепла на проводимость.

Оптические свойства
Похожие истории
Мониторинг и смягчение воздействия микропластика
Почему месторождения золота появляются там, где они есть?
Основы анализа полимеров с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (XRF)
Благодаря наличию р-связей в основной цепи полимера электронная конфигурация сопряженных полимеров анизотропна и квазиодномерна. Подщелевые фотонные изменения происходят в полимерной матрице, тогда как легирование вызывает подвижность заряда за счет сдвига амплитуды колебаний.

Явление электролюминесценции было обнаружено в проводящих полимерах и первоначально описано в поли(п-фениленвинилене). Когда проводящие полимеры легированы фуллереном, они проявляют уникальную оптическую характеристику, а двузамещенный полиацетилен демонстрирует лучший квантовый выход фотолюминесценции, чем нелегированный или монозамещенный полиацетилен. Оптические изменения в проводящих полимерах происходят в результате химических реакций, а также внешних переменных, таких как влияние деформации на полимерную матрицу и изменение планарности.

Применение проводящих полимеров
Полимерные материалы используются в нескольких приложениях. Полимеры с ионной проводимостью используются в энергетических приложениях, таких как литиевые батареи. Благодаря своим электрическим свойствам, относительно высокой емкости, отличному поглощению волн, сильной окислительно-восстановительной активности и отличным электрохимическим свойствам проводящие полимеры находят широкое применение.

полимеры, проводящие полимеры, полианилин, полиацетилен

Частицы политиофена в сканирующем электронном микроскопе. Изображение предоставлено: TinyPhoto/Shutterstock.com

Проводящие полимеры доступны в различных морфологиях, таких как пленки, наночастицы, гидрогели, стержнеобразные структуры и так далее. Эти различные морфологии имеют различные электронные, биомеханические и оптические характеристики. Механические характеристики полианилина эффективно используются в конструкции гибких электродов суперконденсаторов благодаря простоте его изготовления, окислительно-восстановительным свойствам и проницаемости. Проводящие полимеры и окрашенные проводящими полимерами краски играют решающую роль в предотвращении коррозии.

Проводящие полимеры привлекли большое внимание как неотъемлемые элементы коррозионно-стойких покрытий из-за их способности сохранять постоянную восприимчивость металла посредством процесса анодирования в сочетании с восстановлением O2 на поверхности пленки. Проводящие полимеры, особенно полианилин, также обладают свойством регулируемого высвобождения ингибитора при деградации. С другой стороны, химически полученный композит полианилин/CdO демонстрирует хорошую способность к удалению красителя под воздействием ультрафиолетового и солнечного излучения.

Проводящие полимеры, такие как полианилин, полипиррол и PDOT, обладают исключительной способностью поглощать ИК-излучение, будучи гораздо менее опасными. В результате эти полимеры обычно используются в исследованиях клеток как in vivo, так и in vitro. Кроме того, из-за их превосходной фотодинамической эффективности в 48,5% синтезированные полианилиновые гибриды имеют многообещающее будущее в фототермической обработке из-за их большого количества сильного поглощения NIR, идеального размера, достойного распределения воды и высокой фототермической эффективности в 48,5%.

Результаты исследований
Последнее исследование г-на Хаглера и его команды, опубликованное в журнале « Гибкая и печатная электроника », посвящено разработке растяжимой биоэлектроники, состоящей из проводящих полимеров. Исследовательская группа создала очень гибкие листы из поли-3,4-этилендиокситиофена: полистиролсульфоната (PEDOT: PSS), отпечатанные на поверхностях из термопластичного полиуретана (ТПУ).

Тщательно продемонстрирована стойкость гаджета к высоким нагрузкам до 600 процентов. На материале подложки печатный слой PEDOT: PSS позволил создать печатные органические электрохимические полупроводники с отношением ВКЛ/ВЫКЛ 450. Путем прямого соединения печатаемого датчика на основе PEDOT: PSS на ТПУ с поверхностью кожи команда также способный собирать физиологические данные, контролируя проводимость кожи, возникающую из-за различий в объеме пота. Эластичная печать PEDOT: пленки PSS на ТПУ предлагают простой способ создания очень прочных растягивающихся детекторов для биоэлектронных приложений.

Короче говоря, проводящие полимеры используются для различных целей благодаря их прочным свойствам.