منبع مقاله با موضوع پیرول، پلی‌پیرول، می‌شود.

پلی پیرول
پلی‌پیرول می‌تواند بطور معمول توسط پلیمریزاسیون اکسایشی استوکیومتری پیرول با استفاده از عوامل اکسنده (عوامل دوپه‌کننده) یا توسط پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی تهیه و سنتز شود. با وجود آن، پلی‌پیرول تهیه شده به روش شیمیایی یا الکتروشیمیایی، در حالت کلی به عنوان یک ماده نامحلول و دیرگداز شناخته می‌شود. در حالت کلی ‌پیرول پلیمریزه شده به روش الکتروشیمیایی دارای هدایت الکتریکی بالاتری بوده و در هوا و دماهای اتاق نسبتاً پایدار می‌باشد، بنحوی که می‌توان آن را بصورت فیلم تهیه نمود[95].
2-9-5-1- روش شیمیایی سنتز پلی پیرول
در این روش مونومر پیرول توسط عوامل مختلف اکسنده (همان عوامل دوپه‌کننده) نظیر کلرید آهن III، سولفات آهن III، پرکلرات آهن، آمونیوم پراکسی دی‌سولفات (APS) و… اکسید شده و تشکیل زنجیرهای پلی‌پیرول را می‌دهد. شرایط تهیه و افزودنی‌های متعدد مورد استفاده در مخلوط واکنش روی خواص نهایی پلیمر هادی تأثیر بسزایی دارد. ذرات پلی‌پیرول کلوئیدی با استفاده از پایدارکننده‌های پلیمری و مواد فعال سطحی تهیه می‌شوند. مونومر پیرول بخاطر طبیعت آب‌گریزی آن در یک محیط میسلی بهتر حل می‌شود. مواد فعال سطحی بعنوان افزودنی‌هایی در پلیمریزاسیون پلیمرهای هادی نظیر پلی‌پیرول و پلی‌آنیلین به دو دلیل استفاده می‌شوند:
1) تأثیر روی محل پلیمریزاسیون با استفاده از روش‌های امولسیونی و در نتیجه اصلاح ساختار مولکولی پلیمرهای تهیه شده.
2) بهبود خواص پلیمرها نظیر هدایت الکتریکی، پایداری حرارتی، حلالیت پلیمر در حلال‌های آلی و در نهایت فرآیندپذیری پلیمر.
مورد آخری از پدیده وارد شدن مولکول‌های ماده فعال سطحی به داخل زنجیرهای پلیمر هادی ناشی می‌شود. ترکیبات آلی که بعنوان مواد فعال سطحی آنیونی در پلیمریزاسیون آنیلین و پیرول عمل می‌کنند می‌توانند از دیدگاه علمی به دو گروه تقسیم‌بندی شوند: 1) اسیدهایی نظیر DBSA یا 2- نفتالین سولفونیک اسید 2) نمک‌های مواد فعال سطحی کلاسیک نظیر DBSNa.
در حالت کلی ثابت شده است که افزودن ماده فعال سطحی به سیستم پلیمریزاسیون پیرول باعث تسریع پلیمریزاسیون می‌شود. معمولاًFeCl3,6H2O به عنوان عامل دوپه کننده یا همان اکسنده در سنتز پلی‌پیرول استفاده می‌شود. در حالت کلی می‌توان نتیجه گرفت که عامل دوپه‌کننده دارای زنجیر آلکیلی طویل بعنوان فضا بازکن منعطفی بین زنجیرهای پلی‌پیرول عمل کرده و از نزدیکی توده‌های زنجیر پلیمر جداگانه و پلیمرهای حل‌شده جلوگیری می‌کند[96].
هدایت الکتریکی پلی‌پیرول تهیه شده به روش شیمیایی به شرایط سنتز، دما و به شدت به نوع اکسنده مورد استفاده بستگی دارد. اکسندهFeCl3,6H2O اغلب برای اکسیداسیون شیمیایی پیرول استفاده می‌شود و هدایت الکتریکی محصول نهایی در مقایسه با سایر اکسنده‌ها بالاتر است. افزودنی‌هایی نظیر مواد فعال سطحی آنیونی می‌توانند هدایت الکتریکی پلی‌پیرول سنتز شده به روش شیمیایی را افزایش دهند. چنین ترکیباتی باعث اصلاح پارامترهای شبکه‌ هدایتی ساخته شده از زنجیرهای پلی‌پیرول شده و نظم و ترتیب زنجیرهای پلی‌پیرول توسط حضور آنها در پلیمریزاسیون پیرول بهبود می‌یابد[97].
2-9-5-2- سنتز پلی پیرول در غیاب ماده فعال کننده سطحی
در این روش مونومر پیرول توسط عوامل اکسنده مختلف نظیر کلرید آهن III و یا سولفات آهن III اکسید شده و زنجیرهای پلی‌پیرول را تشکیل می‌دهد. در روش پلیمریزاسیون امولسیونی سنتز پلی‌پیرول بدون ماده فعال سطحی، ابتدا مقادیر لازم از اکسیدکننده FeCl3,6H2O در 300 میلی‌لیتر آب مقطر حل شده و سپس به ظرف واکنش منتقل می‌شود. مقدار مورد نظر از مونومر پیرول تازه تقطیر شده که در 50 میلی‌لیتر آب مقطر پخش شده، به مخلوط در حال همزدن محتوی اکسنده FeCl3,6H2O به صورت قطره ‌قطره افزوده می‌شود. مخلوط واکنش با استفاده از یک همزن مغناطیسی همزده می‌شود. واکنش پلیمریزاسیون پیرول در حضور اکسنده شروع شده و به مدت 4 ساعت در دمای اتاق و همزدن متوسط (rpm800) همزن مغناطیسی ادامه می‌یابد. بعد از گذشت مدت زمان لازم برای پلیمریزاسیون، پلی‌پیرول سیاه‌رنگ رسوب کرده توسط کاغذ صافی مناسب شده و توسط آب مقطر برای حذف یون‌هایFe2+ به طور کامل شستشو داده می‌شود و در نهایت در یک آون خلاء در دمای 60 به مدت 8 ساعت خشک می‌شود. واکنش اکسیداسیون مونومر پیرول در حضور اکسیدکننده FeCl3,6H2O و تشکیل پلی‌پیرول در غیاب ماده فعال سطحی در شکل(2-5) نشان داده شده است.
شکل(2-5): پلیمریزاسیون پلی‌پیرول در حضور اکسندهFeCl3,6H2O
2-9-5-3- سنتز پلی‌پیرول در حضور ماده فعال سطحی
براساس نتایج حاصل از بررسی‌های بسیاری از محققان، پلی‌پیرول تهیه شده در غیاب ماده فعال سطحی، دارای دانسیته توده‌ای بسیار پایینی بوده و ساختار آن بسیار متخلخل می‌باشد. برای مقایسه، مونومر پیرول در حضور ماده فعال سطحی آنیونی سدیم دودسیل بنزن سولفات (DBSNa) تحت همان شرایط پلیمریزاسیون امولسیونی پلیمریزه شده است.
شکل (2-6): سنتز پلی پیرول در حضور ماده فعال کننده سطحی DBSNa
روش سنتز پلی‌پیرول در حضور ماده فعال سطحی با استفاده از اکسنده Fe2(SO3)3 به روش امولسیون نیز همانند روش امولسیون سنتز پلی‌پیرول با اکسندهFeCl3,6H2O می‌باشد با این تفاوت که مقدار بهینه نسبت مولی اکسنده Fe2(SO3)3 به مونومر پیرول متفاوت بوده و سایر مراحل و شرایط عملیاتی مشابه قسمت قبل می‌باشد در سنتز پلی‌پیرول در حضور ماده فعال سطحی DBSNa از نسبت مولی بهینه مونومر به ماده فعال سطحی حدود 5 استفاده شده است[98].
2-9-5-4- روش الکتروشیمیایی سنتز پلی پیرول
در واکشنهای پلیمرشدن الکتروشیمیایی(EP)، مولکولهای پیرول به علت غنی بودن بار الکتریکی حلقه آنها به سطح آند نزدیک می‌شوند و یک الکترون از هر مولکول پیرول کنده شده، یک کاتیون- رادیکال فعال ایجاد می‌شود. همان‌طور که اشاره شد، مقدار ولتاژ لازم برای جدا ساختن این الکترون تقریباً یک ولت است.
در این کاتیون- رادیکال بار کاملاً در سطح حلقه نامستقر می‌شود، ولی چگالی بار مثبت در موقعیت ? پیرول بیشتر از مکانهای دیگر است. به همین دلیل با نزدیک شدن یک مولکول دیگر پیرول به آند به آسانی یک دیمر تشکیل دیمر دوباره یک الکترون به آند می‌دهد و به کاتیون- رادیکال تبدیل می‌شود و پلیمر شدن ادامه می‌یابد. سدیم فنول سولفونات در محلول یاد شده علاوه بر ایفای نقش واسطه الکترولیت، که باعث انحلال پیرول می‌شود، عامل دوپه کننده نیز می‌باشد فنول سولفونات یک دهنده الکترون محسوب می‌شود و قادر است رسانندگی الکتریکی معادل S/cm 100 را در پلیمر ایجاد کند. فیلم سیاه ایجاد شده روی آند ظاهراً یکنواخت و همگن است، ولی مطالعه نمونه‌ها با میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان می‌دهد که توده‌های پلیمری تشکیل شده، به صورت تقریباً کروی، ابتدا یک لایه نازک در سطح آند ایجاد می‌کنند. این توده‌ها فشرده و متراکم هستند و توده‌های پلیمری بعدی روی لایه قبلی قرار می‌گیرند[99].
2-9-6- پلی‌آنیلین
در بین پلیمرهای رسانا پلی‌آنیلین به دلایل خواص منحصر به فرد خود و همچنین مزایایی چون رسانایی نسبتاً بالا(s/cm 102-101)، رفتار جالب الکتروشیمیایی، خواص اپتیکی، پایداری شیمیایی، محیطی و حرارتی مطلوب، قابلیت فرایندپذیری، سهولت سنتز در محیطهای آبی و آلی و ارزانی مونومر، از محبوبیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. پلی‌آنیلین نخستین پلیمر هادی است که به صورت تجاری درآمده است. مقالات زیادی در مورد آن از سال 1980 منتشر شده است[75]. مک‌دیارمید و همکارانش مطالعات گسترده‌ای انجام دادند به طوری که جایزه نوبل شیمی در سال 2000 میلادی به ایشان و های‌هیگر و شیراکاوا در زمینه پژوهش پلیمرهای رسانا تعلق گرفت[100].
می‌توان آنرا به دو روش کلی اکسایش شیمیایی و الکتروشیمیایی تهیه کرد. برای تولید انبوه روش شیمیایی بر الکتروشیمیایی ارجح‌تر است. در روش الکتروشیمیایی پلیمر سنتز شده چسبندگی مطلوبی در سطح الکترود ندارد و به همین دلیل اغلب از روش شیمیایی برای سنتز پلی‌آنیلین استفاده می‌شود. خواص آن از جمله، هدایت الکتریکی، پایداری حرارتی و مکانیکی و مورفولوژی پلیمر بستگی به روش و شرایط سنتز آن دارد. در روش شیمیایی آنیلین در محیطهای اسیدی مانند اسید کلریدریک، اسید سولفوریک، اسید پرکلریک با عوامل اکسنده نظیر دی کرومات پتاسیم، آب اکسیژنه، یدات پتاسیم پلیمریزه می‌شود. پلیمریزاسیون آن گرمازا است برای همین دما باید کنترل شود. مناسب‌ترین دما 5 درجه سانتی‌گراد گزارش شده است[84].
پلی‌آنیلین دارای دارای 1000 یا بیشتر واحد تکراری (–ph-N) است که در آن حالتهای اکسید شده و کاهیده به طور متناوب قرار می‌گیرند. Y-1 درجه اکسایش پلی‌‌آنیلین را تعیین می‌کند. در اصل Y می‌تواند مقادیر بین صفر و یک را اختیار کند، یعنی از فرم کاملاً احیا شده یا (Y=1) تا حالت کاملاً اکسید شده یا (Y=0). وقتی که 0Y1 باشد به آن پلی‌پارا فنیلن آمین ایمین گفته می‌شود که با افزایش Y حالت اکسایش آن افزایش می‌یابد.
شکل(2-7): ساختار شیمیایی پلی‌‌‌آنیلین
به فرم کاملاً کاهیده پلی‌آنیلین، کاملاً اکسید شده و 50 درصد اکسید شده (5/0 Y=) به ترتیب واژه‌های لوکوامرالدین، پرنیگر آنیلین و امرالدین اطلاق می‌شود. در بین فرم‌های مختلف اکسیداسیون پلی‌آنیلین فرم امرالدین که در آن نصف ازت‌ها پروتونه شده و دارای واحدهای اکسیده و کاهیده یکسان هستند، بیشترین رسانایی را دارد و فرم‌های کاملاً اکسیده و کاهیده عایق هستند[100].
2-9-7- کاربرد پلیمرهای هادی
دامنه کاربرد پلیمرهای هادی شامل باطریهای پرشدنی و خازن ها، دستگاههای نمایش الکترونوری، حسگرها، شناساگرها، قطعات الکترونیکی و غیره می‌باشد که در زیر به معرفی بعضی از مهمترین کاربردهای آنها می‌پردازیم:
2-9-7-1- باطریهای پر‌شدنی و خازنها
این باطریها مهمترین کاربرد تجاری پلیمرهای هادی هستند که در طی آن از پلیمر هادی به عنوان الکترود در باطری استفاده می‌شود. الکترودهای پلیمری پایداری بیشتری نسبت به الکترودهای فلزی دارند زیرا یونهای مؤثر در جابجایی و ذخیره سازی بار به جای آنکه از الکترود حاصل شوند در محلول الکترولیت موجود هستند. بدین ترتیب الکترودهای پلیمر از فرسایش مکانیکی مصون خواهند ماند. علاوه بر آن این باطریها بر خلاف باطریهای نیکل-کادمیم و باطریهای سربی، حاوی مواد سمی نیستند. کاربرد پلیمرهای هادی در ساخت ابر خازنها نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بدلیل عملکرد یکسان باید تمام ویژگیهای مورد نظر در ساخت باطریها را داشته باشد.این خازنها از نوع باطریهای تمام پلیمری هستند که یکی از پلیمرها حالت دوپه شده را دارد و دیگری در حالت خنثی می‌باشد. این خازنها نسبت بار به ولتاژی را نشان می‌دهند که در محدوده یک ولت قرار دارد. چنین نسبتی که معرف ظرفیت خازن است خیلی بیشتر از ظرفیت خازنهای تجاری موجود در بازار است[101].
2-9-7-2- سنسور
پلیمرهای هادی بعنوان سنسور استفاده می‌شود. با توجه به اینکه پلیمرهای رسانا نسبت به اکسایش و کاهش گازهای دوپه کننده حساس هستند بکارگیری این پلیمرها بعنوان حسگرهای شیمیایی طبیعی بنظر می‌رسد. بعنوان مثال پلی‌استیلن در تماس با اکسیژن به سهولت دوپه شده و برای مدتی کوتاه افزایش محسوسی در رسانایی آن مشاهده می‌شود. رسانایی الکتریکی پلی‌پیرول دوپه شده می‌تواند در تماس با گاز آمونیاک تا صد مرتبه کاهش یابد[102].
تغییرات مقاومتی که در پلیمرها در اثر اکسید کننده‌هایی که در محلول وجود دارد رخ می‌دهد، می‌توان در کاربردهای سنسورهای مخصوص مورد استفاده قرار گیرد که یکی از

مطلب مشابه :  تحقیق رایگان دربارهپردازش اطلاعات، کوتاه مدت، عزت نفس

Author: y7oozita

دیدگاهتان را بنویسید