وبلاگ

پلیمرهایی که دارای فعالیت الکتروشیمیایی هستند بر اساس مدل انتقال بار در آن ها به دو دسته بزرگ تقسیم می شوند. گروه اول شامل پلیمرهایی هستند که انتقال بار در آن ها از نوع یونی می باشد و اغلب الکترولیت های پلیمری[1] نامیده می شوند. گروه دیگر شامل پلیمرهایی است که مکانیسم انتقال بار در آن ها اساسا الکترونیکی است و عموما پلیمرهای رسانا[2]نامیده می شوند [4].
الکترولیت های پلیمری عموما به عنوان جامدهای ماکروپلیمری قطبی که در یک یا چند نوع نمک حل می شوند، توصیف می شوند. یک مثال عمده در این مورد، مخلوط اکسید پلی اتیلن و نمک های لیتیم (LiX) می باشد. پلیمرهای رسانا شامل پلیمرهایی با سیستم  مزدوج هستند که ساختمان الکترونیکی شان به طور مشخص با فرایند های شیمیایی و الکتروشیمیایی اصلاح می شود و عموما تحت عنوان فرایند های دوپه شدن انجام می گیرد. مثال های عمده در این مورد پلی پیرول، پلی تیوفن وغیره است [5]. خواص پلیمرهای رسانا، به ویژه رسانایی شان به شیوه سنتز آن ها بستگی دارد[6].
پلیمرهای رسانا مانند پلی پیرول، پلی تیوفن و پلی آنیلین ساختمان دینامیک پیچیده ای دارند، که امکان استفاده از آن ها در بسیاری از تحقیقات مانند مواد هوشمند را سبب شده است[7-11].
امکان تولید پلیمرهای رسانا با خواص گوناگون وجود دارد. به عنوان مثال، با دستکاری خواص شیمیایی می توان موادی ساخت که آنیون های ساده را به دام اندازد و یا مواد بیوفعال ساخت. با تغییر خواص الکتریکی نیز می توان موادی با هدایت الکتریکی متفاوت و یا خواص اکسایشی و کاهشی گوناگون ساخت. پس از سنتز، خواص این مواد را می توان با فرایندهای اکسایشی بهبود بخشید. استفاده از محرک های الکتریکی سبب ایجاد تغییرات شدیدی در خواص شیمیایی، الکتریکی و مکانیکی پلیمرهای رسانا می شود. این خواص پیچیده را تنها با فهم درست از موارد زیر می توان کنترل نمود. اول، طبیعت فرایندی که در طی آن پلیمررسانا تولید می شود و دوم، کدام یک از خواص ذکر شده با محرک الکتریکی تغییر خواهد کرد. در این بررسی، خواص دینامیکی پلیمرهای رسانا مورد توجه و بررسی قرار گرفته است، به دلیل همین توانایی کنترل آن ها در شرایط متفاوت است که منجر به تولید و توسعه سیستم های مواد هوشمند می شود. البته آرایش مولکولی که برای رسیدن به خواص شیمیایی و الکتریکی مطلوب، حاصل می گردد خواص مکانیکی هر ساختار را نیز تعیین می کند. هر سه این خواص (شیمیایی، الکتریکی و مکانیکی) به طور پیچیده ای با هم در ارتباطند[8-12].

روش تولید نیز بسیار مهم است، که تعیین کننده شکل فیزیکی ماده می باشد. امروزه گستره وسیعی از فرایندها که به تولید مواد هوشمند واقعی می انجامد وجود دارد. هدایت پلیمرهای رسانا به عنوان یکی از نقاط عطف در تحقیقات مواد هوشمند به شمار می رود. پلیمرهای رسانا خواص مطلوب زیر را دارند:

• به آسانی در اندازه ملکولی برای تشخیص محرک ها ساخته می شوند.

• به دلیل رسانا بودن، به هدایت الکتریکی اطلاعات کمک می کنند.

• همانگونه که مناسب پردازش متمرکز هستند، برای بکار اندازی مکانیزم های پاسخدهی نیز مناسب هستند.

گستره وسیعی از پلیمرهای رسانا در دسترس هستند [8-12].
پلیمرهایرسانامزیت عملی و منحصر به فردی دارند. این واقعیت که آن ها رسانای الکتریسیته هستند بدین معنی است که می توان از آن ها در ساخت وسایل الکترونیکی (کامپیوترها و …)که بخشی از زندگی شده اند، استفاده نمود. ) جدول1-1(
موسسه تحقیقات پلیمر های هوشمند[3]ترکیبات منحصر به فرد پلیمرهای الکترواکتیو هادی را به دست آورده است که بر پایه پیرول، آنیلین و تیوفن می باشد. در این ترکیبات محل تشخیص محرک ها و مکانیزم های پاسخدهی گوناگون می توانند به آسانی با هم جمع شوند که ذاتا توانایی پردازش اطلاعات بالایی دارد.بی شک پلیمرهای رسانا دسته ای از مواد هستند که انتخاب شده اند تا نقش مهمی در علم مواد هوشمند داشته باشند. همان گونه که اجمالا توضیح داده شد، خواص این مواد متنوع و تطبیق پذیر است و در صورت نیاز در رفتار مواد هوشمند، دارای پویایی است [8-12].
جدول1-1 تغییرات خواص در برابر محرک های الکتریکی که سبب تغییر خاصیت اکسایشی و کاهشی پلیمر رسانا می شود.

در میان بسیاری از پلیمرهای رسانا،پلی استیلن، پلی آنیلین، پلی پیرول، پلی تیوفن، پلی فنیل سولفید و پلی فنیلن وینیلن بیش از سایرین مورد مطالعه قرار گرفته اند. در میان پلیمرهای نامبرده نخست پلی آنیلین تهیه شد.
پلی آنیلین به چهار صورت اکسایشی با رسانندگی 11-10 زیمنس بر سانتی متر تا بیش از 100 زیمنس بر سانتی متر وجود دارد. ولی تنها یک شکل آن موسوم به نمک زمردین از خاصیت رسانایی برخوردار است. این نوع پلی آنیلین به راحتی حتی با روش اکسایشی الکتروشیمیایی یا شیمیایی آنیلین در محیط های اسیدی آبی، با بهره گیری از اکسید کننده های متداول مانند آمونیم پروکسی دی سولفات تهیه می شود.
استحکام پلیمرهای رسانا
شیمیدانان کانادایی دردانشگاه مانیتوبا[4]موفق شده اند روشی برای بالا بردن میزان استحکام مواد پلیمری که در صنایع الکترونیک مورد استفاده هستند ابداع کنند. به گزارش ایرنا حوزه الکترونیک پلیمر-بنیاد که در آن به جای استفاده از فلزات برای هدایت الکتریسیته از رشته های پلیمری استفاده می شود به واسطه آن که مواد پلیمری از استحکام برخوردار نیستند و بر اثر عبور جریان برق گرم می شوند و سختی و استحکام اولیه خود را از دست می دهند، رشد چندانی نداشته است. یکی از علل مقاومت کم رشته های پلیمری در برابر حرارت، موادی است که به عنوان ناخالصی به آن ها افزوده می شود تا بر میزان قابلیت هدایت برق در آن ها بیفزاید. میتوان با متصل کردن رشته های مولکول های پلیمر به هم بر میزان استحکام و سختی این مواد افزود اما اشکال این روش در آن است که پلیمر را به عایق الکتریسته مبدل می کند و مانع ازاستفاده از آن درصنایع الکترونیک می شود.
به نوشته نشریه علمی کمیکال ماتریالز  شیمیدانان دانشگاه مانیتوبا پلیمر تازه ای با بهره گرفتن از ماده شیمیایی موسوم بر اسید آنیلینی بورونیک تولید کردند که بسیار مستحکم است و خود قادر به افزودن ناخالصی به ساختار داخلی خود به منظور بالا بردن توان هدایت الکتریسیته است. برای تولید این نوع پلیمر اسید آنیلینی بورونیک حرارت داده می شود و این امر موجب تغییر ساختار شیمیایی این مولکول می شود و  همچنین باعث می شود اتم های بورون باردار در درون ساختار مولکول تازه به صورت رشته های زنجیره ای به یکدیگر متصل شوند. این امر سبب می شود هم بر استحکام پلیمر افزوده شود و هم توانایی هدایت الکتریکی آن بالاتر برود.