پليمرهای رسانای جريان الكتريسيته

گردآوری : مرتضی کمالیان

منبع: مجله ی تکنولوژی پلیمر

مقدمه:به طور كلی محصولات ساخته شده از پليمرها نارسا نا بوده و مقاومت زيادی در برابر عبور جريان الكتريسيته از خود نشان می دهند. به همين دليل از مواد پليمری درصنعت الكترونيك و الكتروتكنيك استفاده مي شود برای مثال از پليمرها برای عايق كاری كابلهای انتقال الكتريسته، صفحات انتقال الكتريسيته و روكش باطريها استفاده مي شود، اما در بعضي موارد همين مقاومت زياد در مقابل عبور جريان الكتريسيته باعث ذخيره شدن الكتريسيته می گردد كه مجموعه ای از مشكلات ناخواسته را به دنبال دارد. مثلاً ايجاد الكتريسيته ساكن در خود تسمه ها و جعبه های حفاظ دستگاهای الكتريكی، كف پوشها، البسه وغيره كه باعث توليد جرقه الكتريكی می شود و در بعضی موارد ايجاد آتش سوزی می كند . در اين گونه موارد، هدايت الكتريسيته به محيط اطراف مورد نياز است. يكی از روشهای رسانا ساختن پليمرها امتزاج آنها با مواد رسانای الكتريسيته است. با توسعه وتوليد بيشتر اين نوع پليمرها در سالهای اخير استفاده از آنها در زمينه های گوناگون نيز افزايش يافته است برای مثال در دستگاهای استفاده از انرژی خورشيدی، تابلوهای برق، دستگاهای مصرف انرژی و موتورهای مكانيكی و قسمتهای الكتريكی اتومبيل ها از اين پليمرها استفاده می شود .موادی كه جهت امتزاج با موادپليمری مورد استفاده قرار می- گيرند عبارت اند از: دوده رسانا، پودر رسانا، پودر فلزات، الياف شيشه يا الياف فلز ( ۲ و۱) و... ميزان رسانندگی الكتريكی پليمرهايی كه از طريق امتزاج با مواد پيش گفته، رسانا شده اند حد ومرزی دارد كه بيش از آن امكان پذير نيست. علاوه بر آن مصرف بيش از حد اين مواد در پليمر باعث تخريب و تغييرات بسيار زياد خواص فيزيكی و مكا نيكی خود پليمر می گردد. از اين رو جهت رفع اين گونه نواقص، خواص رسانش الكتريكی را می توان به طور مستقيم در خود پليمرها به وجود آورد.اگر از يك زنجير پليمری دارای پيوند π كه لايه های والانس مولكولهايی آن تكميل شده است يك الکترون برداشته شود (اكسايش)، يا به آن يك الكترون اضافه گردد(كاهش )، در آن صورت با ايجاد يك آرايش مناسب شبيه به فلزات می توان خاصيت رسانش الكتريكی را در آن ايجاد كرد .پليمرهايی كه به اين ترتيب رسانای جريان الكتريسيته شده اند را فلزات آلی نيز می نامند. در دماهای معمولی نيز می توان توسط ايجاد حا لت های فضايی مناسب از ماكرومولكولها ابر- رسانا به وجود آورد. البته جهت اثبات اين نظر دليل آزمايشگاهی مورد نياز است.از لحاظ خواص فيزيكی، ساختار مولكولی و ويژگيهای فضايی در فرآيند رسانايی، رابطه نزديكی بين پليمرهای رسانای الكتريسيته و سراميك های ابر رسانا وجود دارد كه اين موضوع در فيزيك مورد بررسی زياد قرار گرفته است.- پليمرهای رسانای الكتريسيته :در اينجا سنتز پلی استيلن را كه يكی از مهمترين پليمرهای رساناست و در مراكز تحقيقاتی وعلمی جهان بيشتر مورد مطالعه وبررسی قرار گرفته است مطرح می كنيم .البته كارهای تحقيقاتی وسيع انجام شده در اين زمينه را می توان در كتب مرجع يافت. پلی استيلن برای اولين بار در اواخر سال ۱۹۵۰ در آزمايشگاه "ناتا" به طور مستقيم از پليمریزه شدن استيلن به دست آمد اما احتمالاً به علت حساسيت پودر سياه رنگ حاصل ، در مقابل اكسايش و نبود تكنو لوژی مناسب جهت بهره- برداری از آن آزمايش های بيشتر روی آن انجام نشد و حتی در اين مورد مطلبی هم نوشته نشد. اما چند سال بعد در سال ۱۹۷۰ در اثر يك اتفاق ساده يكی ازدانشجويان انستيتو تكنولوژی توكيو به نام "شيراكاوا" ، پلی استيلنی را به دست آورد، که حاصل تلاش مشترك " شيراكاوا ، مك دايارميد و هيگر" بر روی پليمر به دست آمده توسط عمل دوپه كردن بود. آنها توانستند برای اولين بار ميزان رسانندگی الكتريكی پلی- استيلن را تقريباً تا ۱۰میلیارد برابر حالت معمولی پليمر افزايش دهند .بعد از كشف اثر دوپه كردن درپلی- استيلن از سال ۱۹۷۷ به بعد توجه مؤسسات تحقيقاتی و مراكز علمی بسياری به اين نوع پليمرها معطوف گرديد و در اين زمينه پيشرف های بسزايی حاصل شد. برای مثال تعداد زيادی از پليمرهای حاوی پيوند های يگانه و دوگانه ی متناوب (سيستم مزدوج) كشف گرديد. از آن تاريختاكنون تعداد نا محدودیكارهاي نظري در اين زمينهصورت گرفته است ولي از نظرتكنولوژي هنوز مشكلات فراواني وجود دارد.- رابطه نظم فضايی وخواص فزيكی در پليمرهای رسانای الكتريسيته :هر جامدی الكترون دارد؛ مسئله مهم در رسانش الكتريكی چگونگی پاسخ الكترونها به ميدان ا لكتريكی اعمال شده است. ناحيه هايی از

٧

انرژی كه برای آنها هيچ اوربيتالالكترونی موج گونه وجود ندارد، نوارهای والانس و رسانش را از هم جدا می كنند. چنين نواحی ممنوعی را شكافهای نواری می نامند. اين نواحی از بر هم كنش امواج الكترونهای رسانش با مغزهای يونی بلور، حاصل می شوند. در شكل۱ ، نوارهای انرژی مجاز و شكافهای انرژی (فاصله بين نوارهای والانس و رسانش) برای (ا لف) نارسانا (ب) نيمه رسانا و(ج) رسانا نشان داده شده است .اگر نوارهای ا نرژی مجاز كاملاً پر يا خالی باشند ماده مانند يك عايق رفتار می كند، زيرا در اين صورت هيچ الکترونی نمی- تواند درميدان الكتريكی حركت كند.اگر كسری مثلاً ۱۰تا ۹۰ درصد از يك يا چند نوار پر باشند، ماده مانند فلز رفتار می كند. ا گر تمام نوارها به استثنای يك يا دو نوار كه اندكی پر يا خالی اند، كاملاً پر باشند، ماده نيمه رسانا خواهد بود. همه پليمرهای رسانا مجموعه ای از واحدهای ساختاری مشابه دارند. جهت شناور ساختن الكترون در طول زنجير پليمر، احتياج به واحدهای ساختاری مناسب با شكاف انرژی كمتر می باشد. به عنوان مثال از پلي استيلن كه فقط دارای پيوندهای يگانه و دو گانه متناوب است و یا سیستم های آروماتيكي می توان نام برد. در شكل (۲) چند مثال از واحدهای ساختاری پليمرهای رسانای الكتريسيته آمده است.

٨

ترانس پلی استیلن trans-polyacetyleneسیس پلی استیلن polyacetylene cis-پلی ۱و۶- هپتا دی اِن poly 1,6- heptadieneپلی پارا فنیلن poly – p – phenyleneپلی بی تیوفن poly bithiopheneپلی۳- آلکیل تیوفن poly – 3 – alkyl thiopheneپلی پیرول poly pyrroleپلی ان آلکیل پیرول poly – N – alkyl pyrroleپلی وینیلن فنیلن poly vinylene phenyleneپلی بنزن تیول poly benzenethiolپلی آنیلین poly anilineپلی بنزوتیوفن poly benzothiopheneپلی ان متیل کربازول poly – N – methylcarbazolبرای دریافت شکل ها و نمودارهای هر مقاله لطفاً آدرس ایمیل و نام مقاله ی درخواستی را به آدرس زیر ایمیل کنید:
POLYMER_MAGAZINE@YAHOO.COM