برگشتن به شیمی

توضیحات محصول

دانلود پایان نامه : پلیمرهای رسانا (پلیمرهای هادی)

38ص

 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده فنی مهندسی

 

پایان نامه کارشناسی

شیمی کاربردی

 

چکیده 1

پلیمرهای رسانا (پلیمرهای هادی) 2

رسانایی الکتریکی چیست؟ 5

چه چیزی یک ماده را رسانا می کند؟ 8

پلیمرهای هادی / رسانا- گزارش.. 9

کاربردهای پلیمرهای رسانا 13

ساخت و فرآوری.. 14

مکانیزم ضریب هدایت پلیمر ـ نقش تغلیظ. 17

الکترون مولکولی ـ تئوری انتقال. 29

پلیمرهای Electroluminescent ـ نسل دوم پلیمرهای رسانا 32

از فیزیک های سیلیکون تا الکترونیک های مولکولی. 34

چکیده

ما از پلیمرها استفاده می­کردیم ـ که پلاستیک است ـ که به نحوی در نقش مخالف فلزات ظاهرشوند. این پلیمرها با عایق مجزا شده و الکتریسیته راهدایت نمی کنند. سیم های الکتریکی با پلیمرها پوشش داده می شوند تا آنها ـ و ما را ـ از اتصال کوتاه حفظ کنند.

پیش از این، در سال 1974 در نتیجه تهیه یک فیلم نقره فام توسط Shirakawa و Co-workers از استیلن، با استفاده از یک کاتالیست Ziegler-Natta، پلی استیلن به عنوان یک پودر سیاه شناخته شده بود (K.Ziegler and G.Natta برنده جایزه نوبل در شیمی 1966). اما با وجود ظاهر فلزی­اش یک هادی نبود. به هر حال، در 1977، Shirakawa، MacDiarmid و Heeger کشف کردند که اکسیداسیون فیلم­های پلی استیلن با کلر، برم یا بخار ید؛ این فیلم ها را 109 برابر رساناتر از حالت معمول­شان می سازد.

 

پلیمرهای رسانا (پلیمرهای هادی)

«Conductive Polymers»

آکادمی علوم Royal Swedish تصمیم گرفت تا جایزه نوبل شیمی سال 2000 به سه دانشمندی بدهد که برای پیشرفت پلیمرهای رسانای الکتریکی انقلاب کرده­اند:

پروفسور Alan J. Heeger: دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا، USA

پروفسور Alan G. macDiarmid: دانشگاه پنسیلوانیا، USA

پروفسور Shirakawa: دانشگاه Tsukuba، ژاپن

این افراد «برای کشف و توسعه پلیمرهای رسانای الکتریکی» این جایزه ارزشمند را بردند. این انتخاب به واسطه موقعیت علمی مهم آن و همچنین کاربردهای عملی و توسعه رشته های مختلف علمی بین شیمی و فیزیک صورت گرفت.

پلیمرهای رسانا ـ یک کشف غافلگیرانه

ما از پلیمرها استفاده می­کردیم ـ که پلاستیک است ـ که به نحوی در نقش مخالف فلزات ظاهرشوند. این پلیمرها با عایق مجزا شده و الکتریسیته راهدایت نمی کنند. سیم های الکتریکی با پلیمرها پوشش داده می شوند تا آنها ـ و ما را ـ از اتصال کوتاه حفظ کنند.

با این حال Alan J. Heeger و Alan G.MacDiarmid این نظریه را با کشفشان تغییر داده‌اند که یک پلیمر پلی استیلن می تواند تقریباً همانند یک فلز رسانا باشد.

پیش از این، در سال 1974 در نتیجه تهیه یک فیلم نقره فام توسط Shirakawa و Co-workers از استیلن، با استفاده از یک کاتالیست Ziegler-Natta، پلی استیلن به عنوان یک پودر سیاه شناخته شده بود (K.Ziegler and G.Natta برنده جایزه نوبل در شیمی 1966). اما با وجود ظاهر فلزی­اش یک هادی نبود. به هر حال، در 1977، Shirakawa، MacDiarmid و Heeger کشف کردند که اکسیداسیون فیلم­های پلی استیلن با کلر، برم یا بخار ید؛ این فیلم ها را 109 برابر رساناتر از حالت معمول­شان می سازد.

عملیات با هالوژن در مقایسه با تغلیظ نیمه هادی­ها «doping (تغلیظ)» نامیده شد. شکل «deped» از پلی‌استیلن رسانایی 105 زیمنس برمتر دارد، که از هر رسانایی پلیمر شناخته شده قبلی بیشتر بود. به عنوان مقایسه، تفلون رسانایی 10-16sm-1 و نقره و مس 108sm-1 دارند.

.

.

ساخت و فرآوری

غالب اوقات یک گام بزرگ بین اولین ساخت شیمیایی جسم مولکولی و گسترش روش های فرآوری برای کاربردهای علمی وجود دارد. اولین پی استیلن ها از استیلنی به دست آمد که در حضور یک کاتالیست پلیمرایز شد. از دو ترکیب پلی استیلن، Cis و trans، فرم trans از نظر ترمودینامیکی پایدارتر است. پلی استیلن shirakawa عمدتاً فرم cis داشت و فیلم منعطف مس رنگی بود که می توانست از طریق حرارت دادن بالای 1500C به فرم trans نقره ای تبدیل شود. پراش اشعه x و اسکن میکرسکوپ الکترونی نشان داد که چنین فیلم هایی رشته های کوچک پرداخت شده پلی کریستال بودند. این مواد نیمه رسانا بودند، ایزومر trans با ضریب هدایت بالاتر (4/4×10-3 sm-1) نسبت به (1/7×10-7 sm-1) shirakawa و Ikeda ملاحظه کردند که وقتی فیلم های (CH)x در معرض برم یا کلر به مدت چند دقیقه در دمای اتاق قرار می گیرند، کاهش مهیجی در طیف مادون قرمز وجود داشت. (کاهش در انتقال بین 400 و 400cm-1) از طریق کنتراست، هالوژن کردن کامل، در نتیجه (CHBR)x، انتقال IR بالا و فیلمی سفید را دارد. به هر حال، آنها ضریب هدایت متناظر را بررسی نکردند، بنابراین آن برای Heeger و McDiarmid در همکاری، باقی ماند تا اثر تغلیظ را کشف کنند.

تغلیظ هالوژن که پلی استیلن را به یک رسانای خوب الکتریسیته تبدیل کرد، اکسیداسیون می باشد (یا P-doping). تغلیظ تقلیل دهنده (n-doping نامیده شد.) نیز به کمک e.g. یک فلز alkali ممکن است.

تغلیظ اکسیداتیو                           

تغلیظ تقلیل دهنده                               

بین پلیمر تغلیظ شده نمک است. هرچند، شمارنده یونها Na+ یا I3، این نیست، اما بارهیا روی پلیمر، حامل های بار متحرک هستند. (مکانیزم ضریب هدایت پلیمر را در زیر ببینید). بابه کاربردن زمینه ای الکتریکی عمودی در فیلم، شمارنده یونها می تواند ساخته شود تا از یا به سمت ساختار منتشر شود، عکس العمل تغلیظ برای حرکت به عقب یا به جلو را سبب می شود. در این راه ضریب هدایت می‌تواند کم یا زیاد شود (Switched off or on).

زمانی پردازش پلی استیلن و بسیاری پلیمرهای دیگر همانند پلی پیرول و پلی تیوفن، به دلیل شکست آنها حین ذوب یا حل شدن در هر حلالی غیرمحتمل بود.

.

.

 

پلیمرهای هادی / رسانا- گزارش

پلیمرهای رسانا زیرمجموعه ای از یک گروه بزرگ تر و قدیمی تر رساناهای الکتریکی آلی (organic) و غیر آلی / کافی (inorgaric) می باشند. در حقیقت، اوایل سال 1862، H.letheby از کالج بیمارستان لندن، از طریق اکسیداسیون آندی (anodic) آنیلین (aniline) در اسید سولفوریک، یک ماده به طورجزیی رسانا به دست آورد که شاید پلی آنیلین بود. در اوایل دهه 1970، مشخص شد که پلیمر منفجر شونده کافی چند (نیترید سولفور) (SN)x، در دماهای شدیداً پایین (Tc=0/26k) سوپر هادی بود. ترکیبات آلی رسانای بسیاری نیز شناخته شده­اند، همانند آنچه که توسط K.Bechgaard (کپنهاک) همراه با O.Jerome (پاریس) کشف شد و برای سوپر هادی شدن در دماهای نسبتاً بالا (Tc حدود 10k) مشهور شدند. آنها نمک های پذیرنده کافی و دهنده های آلی شامل سیستم های بزرگ، به طور دایره ای توأم شده با الکترون p می باشند که توده های Coin-pile در حالت جامد را شکل می دهند.

اگرچه، پلی استیلن پلیمر رسانایی بود که واقعاً در این زمینه جدید از تحقیقات اقدام کرد. (مرجع 4ـ1). برای جزئیات تاریخچه آن فصول بازبینی شده کامل توسط feast و دیگران و M.G.kanatzidis را ببینید، در زیر خلاصه شده است. (همچنین مراجع 8 و 7 را ببنید).

Natta و همکاران در سال 1958 پلی استیلن را از طریق پلیمریزاینگ استیلن در هگزان با استفاده از Et3Al/Ti(opr)4 (پروپیل = Pr و اتیل = Et) به عنوان یک کاتالیست تهیه کردند. باوجود اینکه ماده منتجه به تعداد زیادی متبلور و از ساختار منظم بود، پودر سیاه بدست آمده، حساس به هوا، غیرقابل گدازناپذیر، ذوب و حل نشدنی بود. پلمیریزه شدن Ziegler-Natta برای پلیمرایزینگ آلکن ها مثل اتیلن ازطریق جادادن یک مولکول اشباع نشده درون اتصال کرن ـ تیتانیم در جهت رشد ماکرومولکولی توسعه داده شد. این امر به مقدار زیادی به فعالیت انتخاب سیستم کاتالیست بستگی دارد. در ابتدای دهه 1970 Shirakawa و Co-workers روش ساخت فیلم های خوب معین شده پلی استیلن را تعدیل کردند.

یک کشف بزرگ Shirakawa این بود که این پلیمریزه شده می توانست در سطح یک محلول غلیظ شده سیستم کاتالیست در حلال ساکن (راکد) موثر باشد. رویه سینتیک افزودن Ti (OBu)4 و سپس Et3AL را در حجم کوچکی از تولوئن تحت اتمسفر ساکن درگیر کند. به محلول اجازه داده شد تا در 200C برای 45min پیر شده و بعد تا -780C سرد گردد. ظرف واکنش خالی شده بود و گاز استیلن را نشان داد و اجازه داد تا با فیلمی از کاتالیست واکنش دهد که قبلاً روی دیواره های ظرف واکنش تشکیل شده بود و یک فیلم پلی استیلن بلافاصله آنجا تشکیل گردید. واکنش با تخلیه گاز استیلن واکنش نداده کنترل گردیده است. این روش یک فیلم مس ـ رنگی از all-Cis-polyacetylene با درصد Cis تقریباً 95 درصد تولید کرد. همچنین روش shirakawa اجازه داد تا all-trans-polyacetylene نقره ای به واسطه تداوم واکنش در n-hexadecane در 1500C تشکیل شود. به هر حال، ضریب هدایت این موراد به طور نسبی در حد واسط بودند بود: Cis-Polyacetylen 10-8-10-7 sm-1 و trans-polyacetylene 10-3-10-2 sm-1

 

شکل 4: All-Cis & All-trans – Polyacetylene

 

در 1975 پروفسور Alan Heegar و Alan MacDiarmid با هم خواص فلزی یک پلیمر کافی کووالانت (SN)x را مطالعه کردند. پس از ملاقات MacDiarmid با Shirakawa در توکیو، آنها توجه و تمرکزشان را به پلی استیلن تغییر داند. طی یک ملاقات در دانشگاه پنسیلوانیا، Shirakawaپلیمریزه شدن پلی استیلن را تصحیح نمود. MacDiarmid با تجربه اش از مواد (SN)x می خواست تا از طریق عملیات حرارتی Iodine پلی استیلن را تغییر دهد/ اصلاح کند. Shirakawa و Ikeda قبلاً ثبت کرده بودند که رفتار فیلم های پلی استیلن نقره ای با برمینه یا کلرینه، انتقال مادون قرمز را بدون تغییر رنگ کاهش داد. MacDiarmid در تحقیقات خود به نتایج Heeger توجه خاصی نمود که وی در آزمایشگاهش ضریب هدایت 3000sm-1 برای trans-Polyacetylene اصلاح شده با iodine اندازه گرفته بود، و نتایج حاکی از افزایشی هفت برابری توان مغناطیسی و فراتر از مواد پیش بینی نشده (undoped) بود. مقاله اصلی در 16 می 1977 با عنوان زیرمنتشر گردید: ترکیب پلیمرهای آلی رسانای الکتریکی: مشتقات هالوژن از پلی استیلن (CH)x. بعداً دو مقاله دیگر در همان سالها منتشر شدند.

روند آزمایشات ادامه یافته و اکنون Shirakawa می توانست نسبت اتصالات دوتایی Cis/trans را کنترل کند. تغلیظ Cis-polyacetylene حتی به ضریب هدایت بالاتر منجر شد. شاید ابتدا Iodine هم ترکیبی پلیمر با مواد all-trans را داشته باشد،که سپس تغلیظ مؤثر (عیب آزاد defect-free) underwent چنانکه درجه جهت گیری در پلی استیلن تغلیظ شده تماماً بزرگتر بود. تغلیظ Cis-polyacetylene با Asf5 سبب افزایش هدایت با پارامتر 1011 گردید. ضریب هدایت بالا توسط Heeger، MacDiarmid و Shirakawa بنیان گذاری شد و به طور واضح منجر به رشد چشمگیر  «الکترونیک های پلاستیک» گردید.

سایر پلیمرها شامل پلی پیرول، پلی تیوفته (و مشتقات متنوع پلی تیوفنه)، پلی فنیل و نیل و پلی آنیلین نیز به طور گسترده ای از ابتدای دهه 1980 بررسی شدند. پلی استیلن به عنوان بارزترین پلیمر رسانای متبلور مطرح بوده اما اولین پلیمر رسانا نیست که تجاری شد، این امر به این دلیل است که به راحتی با اکسیژن در هوا اکسید می گردد و به رطوبت نیز حساس است. پلی پیرول و پلی تیوفن متفاوت از پلی‌استیلن هستند به طور جالب توجهی در اینکه ممکن است آنها مستقیماً در فرم تغلیظ شده ترکیب گردند و در هوا بسیار پایدار می باشند. ضریب هدایت شان پایین است هرچند فقط حدود 104sm-1 اما برای بسیاری از اهداف کاربردی کافی می باشد.

 

کاربردهای پلیمرهای رسانا

تجارتی کردن مفهومی از طریق لیست مواد ذیل تأثیرات کار Heeger، MacDiarmid و Shirakawa را روی گسترش بعدی پلیمرهای رسانا توضیح می دهد. مزیت اصلی استفاده از پلیمرها در ساخت کم هزینه آن به کمک پردازش محلول پلیمرهای فیلم شکل است، در این راستا نور نمایان می‌شود و حلقه کامل می گردد. برای مثال، می توان از نظر تئوری کاربرد تکنیک های پرینتر جوهر افشان ساده را تولید کرد.  پلی آنیلین تغلیظ شده به عنوان یک رسانا برای حفاظت الکترومغناطیسی مدارهای الکترونیکی استفاده شده است. علاوه بر این، پلی آنیلین به صورت مانع خوردگی تولید می گردد.

پلی (اتیلن دی اکسی دیوفن) و (PEDOT) تغلیظ شده با اسید پلی استیرن سولفونیک به صورت ماده پوششی آنتی ـ استاتیک ساخته شده است تا از افشاء تخلیه الکتریکی روی امولوسیون های فتوگرافیک ممانعت کند و همچنین به عنوان ماده الکتروتزریق حفره در دستگاه­های انتشار نور پلیمر به کار می رود.

مشتقات‌پلی (فنیلن وینلیدن) کاندیداهای اصلی بر لایه فعال در تنظیم محصول جلوه‌های electroluminescent (جلوه های تلفن موبایل) هستند. مشتقات پلی (دیالکیل فلور) به عنوان لایه emissive در جلوه های ماتریس ویدئو تمام رنگی استفاده می شوند.

مشتقات پلی (تیوفن) برای ترانزیستورهای Field-effect مناسب بوده و احتمالاً کاربردی در وارسی های سوپرمارکت پیدا می‌کنند. پلی (پیرول) به عنوان پوشش صفحه جاذب ماکرویو «نهان» (رادار ـ غیرمحسوس) تست شده است و همچنین لایه نازک فعال دستگاه های حسی متنوع دیگر کاربردهای ممکن پلیمرهای رسانا، سوپرخازن ها وخازن های نوع الکترولیتی رادربرمی یگرد. برخی از پلیمرهای رسانا مانند پلی آنیلین محدوده کاملی از رنگ ها را در نتیجه Protonation زیادشان و شکل های اکسیداسیون نشان می دهند. خواص الکتروکرومیک آنها می‌تواند برای تولید پنجره های هوشمند که نور خورشید را در تابستان جذب می کنند، استفاده گردد. یک مزیت بالای کریستالهای مایع این است که پلیمرها می توانند در ورق های بزرگ و زوایای دید نامحدود ساخته شوند. عموماً آنها به سرعت در دستگاه های تفنگ الکترونی واکنش نمی دهند، چون ناخالص ساز زمانی را برای مهاجرت درون یا بیرون از پلیمر نیاز دارد اما هنوز برای بسیاری از کاربردها سرعت کافی می باشد. ما باید در ذیل به پلیمرهای electroluminescent برگردیم.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه پرداخت مستقیم که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشید.

 

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه : پلیمرهای رسانا (پلیمرهای هادی)”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *