محققان یک شرکت دانش بنیان موفق شدند که پلی آنیلین یا پلیمرهای رسانا با هدایت الکتریکی را به تولید برساند تا در ساخت حسگرهای گاز، میکروالکترونیک ها، پوشش های ضدخوردگی و... از آنها بهره ببرند.

به گـــزارش خبرگزاری علم و فناوری استان سمنان؛پلیمر ها به علت ویژگی های گوناگون شان در صنعت الکترونیک بسیار به کار گرفته می شوند. از زمان پیدایش پلیمر ها این مواد به عنوان عایق های الکتریکی به کار رفته اند. در ابتدا پلیمر ها به عنوان مواد غیرفعال برای عایق کردن فلزات به کار گرفته شدند، ولی از چند دهه گذشته به این سو، کشف روش رسانا کردن پلیمر همانند فلزات و ساخت فلزات آلی با رسانایی بیش از مس مرز های این تصور را شکسته است.

از مشخصه های اصلی که اکثر پلیمرها را از فلزات متمایز می سازد، مقاومت الکتریکی بسیار بالای آنهاست که باعث شده پلیمرها در محدوده مواد عایق، دسته بندی شوند. در سال های اخیر گروه جدیدی از پلیمرها کشف شدند که رسانایی الکتریکی آنها به قدری بالاست که قابل مقایسه با فلزات هستند.

پلیمرهای رسانا چه هستند؟

پلیمرهای رسانا پلیمرهایی با الکترون های π مزدوج (مانند پیوند های مزدوج C=C) هستند که دارای خواص الکترونیکی می‌باشند. این گروه از پلیمرها نسبت به پلیمرهای معمول به راحتی اکسایش و کاهش پیدا می کنند. پلیمرهای رسانا مانند پلی پیرول، پلی تیوفن و پلی آنیلین دارای ساختارهای دینامیکی پیچیده هستند که در تحقیقات مواد هوشمند به کار گرفته می شوند. کاربرد محرک الکتریکی می تواند باعث تغییرات شدیدی در خواص شیمیایی، الکتریکی و مکانیکی پلیمرهای رسانا شود. اگر درک درستی از سنتز پلیمرهای رسانا و همچنین میزان تغییرخواص توسط یک محرک الکتریکی باشد، این خواص پیچیده می تواند کنترل شود.

خواص پلیمرهای رسانا

از جمه خواصی که در پلیمرهای رسانا وجود دارد می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• • خاصیت الکتریکی
• • خاصیت مغناطیسی
• • خاصیت نوری
• • خاصیت ترشوندگی
• • خاصیت مکانیکی
• • خاصیت جذب امواج الکترومغناطیس

روش های رسانا کردن پلیمرها

۱- ایجاد پلیمری بازنجیراصلی نیمه رسانا که دارای باند دوگانه یک در میان باشد که با عملیاتی به نام دوپینگ، رسانایی آن افزایش می یابد.
۲- قراردادن پوشش رسانای الکتریسته بر روی پلیمر
۳- افزودن ماده رسانای الکتریسته به آمیزه پلیمری

هر پلیمر آلی که دارای خواص الکتریکی، الکترونیکی، مغناطیسی و نوری فلزات باشد و در عین حال خواص مکانیکی و دیگر خواص پلیمرهای عمومی را حفظ کرده باشد به عنوان پلیمر رسانای ذاتی شناخته می شود که در زیر چند نمونه از پرمصرف ترین این پلیمرها معرفی می‌شود.

انواع پلیمرهای رسانا

پلی تیوفن

پلی تیوفن به دلیل خواص جالب و کاربردهای متنوع در طول بیست سال گذشته بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تا کنون مشتقات پلی آلکیلی بسیار زیادی از پلی تیوفن به روش های شیمیایی و الکتروشیمیایی سنتز شده است که در نتیجه باعث حلالیت بهتر و توانایی ذخیره انرژی بالاتری در این پلیمرها شده است. پلی تیوفن ها به دلیل خواص الکتریکی و پایداری حرارتی و محیطی خوب می توانند به عنوان پوششش پراکندگی بار در لیتوگرافی پرتو الکترون و هم چنین به عنوان ماده نیمه هادی فعال در ترانزیستورهای فیلم نازک آلی استفاده شود.

پلی (پارا- فنیلن وینیلن)

پلی (پارا- فنیلن وینیلن) پلیمری رسانا ازخانواده پلیمرهای سخت با درجه تبلور بالا می‌باشد. پلی (پارا- فنیلن وینیلن) یکی از پلیمرهای مهم در کاربردهای الکترونیکی از جمله ال ای دی ها و دستگاه‌های فتو-ولتائیک می‌باشد. هم‌چنین با وارد کردن گروه‌های عاملی به پلیمر می توان خواص فیزیکی و الکترونیکی آن را تغییر داد.

پلی آنیلین

پلی آنیلین یکی از قدیمی ترین پلیمرهای رسانای مصنوعی است که هدایت الکتریکی بالای آن توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. اصولاً پلی آنیلین به عنوان یک ردوکس پلیمر شناخته می شود و به روش شیمیایی و الکتروشیمیایی در محیط اسیدی تهیه می شود که انتخاب روش به نوع کاربرد آن بستگی دارد. در صورت نیاز به فیلمهای نازک، خواص و خلوص بهتر، روش الکتروشیمیایی توصیه می شود. پلی آنلین به دلیل ساختار متنوع، پایداری حرارتی و تابشی، هزینه پایین، آسانی سنتز و خاصیت رسانایی در زمینه های مختلف از جمله میکروالکترونیک ها، پوشش های خوردگی، سنسورها و الکترود برای باتری ها کاربرد دارد.

پلی پیرول

بیشترین مطالعه در بین پلیمرهای رسانا بر روی پلی پیرول صورت گرفته است که آن هم به دلیل سهولت سنتز، خواص ردوکسی خوب، پایدار ماندن در شکل اکسید شده، توانایی هدایت الکتریکی بالا، حلالیت آبی، دسترس پذیری تجاری و خواص نوری و الکتریکی مفید می‌باشد. به دلیل خواص ذاتی خوب پلی پیرول ها کاربردهای متعددی در باتری ها، حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی، منسوجات و پارچه های رسانا، پوشش‌های آنتی استاتیک و سیستم های دارو رسانی دارد. خواص ذاتی پلی پیرول بستگی به شرایط الکتروپلیمریزاسیون آن دارد.

کاربردهای پلیمرهای رسانا

از جمله کاربردهای پلیمرهای رسانا می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نانودستگاه‌های الکترونیک: ترانزیستورها و دیودهای پخش نور
• سنسورها: سنسورهای گازی و شیمیایی، سنسورهای نوری و سنسورهای زیستی
• کاتالیست: کاتالیست نوری و شیمیایی و الکتروکاتالیست
• ذخیره انرژی: سلول های خورشیدی، سلول های سوختی و باترهای لیتیوم یونی
• جذب مایکروویو و محافظ تداخل فرکانس الکترومغناطیسی
• سیالات الکترو رئولوژیکی
• کاربردهای زیست پزشکی: دارو رسانی و خالص سازی پروتئین، مهندسی بافت، رابط های عصبی و فعال کننده ها

------------------------------------------------------------------

موفقیت محققان ایرانی در تولید پلیمرهای رسانا

این خاصیت جدید مواد پلیمری، دانشمندان و محققان علوم مختلف را برآن داشت تا با تحقیق بر روی این دسته از پلیمرها، بهترین شرایط کاربردی آنها را بیابند. دلایلی از جمله کمبود منابع، قیمت بالا و مقاومت کمتر از جمله مواردی است که می تواند باعث جانشینی پلیمرها با فلزات در بسیاری از کاربردها شود.

پلی آنیلین از معروفترین پلیمرهای رسانا است که هدایت الکتریکی بالای آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این پلیمر به دلیل ساختار متنوع، پایداری حرارتی و تابشی، هزینه پایین، سنتز ساده و خاصیت رسانایی در صنایع مختلفی از جمله الکترونیک چاپی، میکروالکترونیک ها، پوشش های ضدخوردگی و ضدالکتریسیته، حسگر گاز شیمیایی و الکترود باتری ها کاربرد دارد.

در همین راستا محققان یک شرکت دانش بنیان موفق شدند که پلی آنیلین یا پلیمرهای رسانا با هدایت الکتریکی را به تولید برساند تا در ساخت حسگرهای گاز، میکروالکترونیک ها، پوشش های ضدخوردگی و... از آنها بهره ببرند.

هدایت الکتریکی مناسب، کاهش قیمت در مقایسه با محصولات خارجی، پایداری بالا و طولانی مدت، غیرسمی و سازگار با محیط زیست، فرآیندپذیر از ویژگی های این محصول به شمار می روند.

از ویژگی های اصلی محصول این طرح سهولت در سنتز پلیمر و پایداری بالای آن در شرایط محیط است. برای تولید صنعتی این محصول نیاز به مواد اولیه ای مانند آنیلین و دودسیل بنزن سولفونیک اسید است که هر دو مورد در داخل کشور تولید می شوند.

بنابراین در این قدم، طرح کسب و کار مذکور موجب رونق بازار مواد اولیه این محصول می شود و در مرحله بعد صنعت هایی که وابسته به این محصول هستند را رونق می دهد. استفاده از فناوری نانو در ساخت این محصول منجر به تولید ترکیبی با توزیع اندازه ذرات کم و میانگین اندازه ذرات در مقیاس نانومتری می شود.