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Incredibile conducibilità elettrica: come viene promosso il poliacetilene in" metallo di plastica "per doping?
poliacetilene (nome IUPAC: poliacetilene) è sempre stato un rappresentante di polimeri organici, con un'unità ripetuta con una struttura di [C2H2] n.Il concetto di questo polimero deriva dalla polimerizzazione dell'acetilene, formando catene lunghe con doppi legami alternati.In questo campo, il poliacetilene è considerato di grande importanza, perché la sua scoperta non solo svela la porta della ricerca sui polimeri conduttivi organici, ma attira anche grande attenzione per la sua alta conducibilità dopo il doping.Questa scoperta ha suscitato interesse suscitato per l'applicazione di composti organici in microelettronica, in particolare semiconduttori organici, e ha ricevuto il premio Nobel in chimica nel 2000.
La conduttività migliorata del poliacetilene ha permesso a questo materiale di svilupparsi verso leggeri e trasformabilità e si prevede che diventerà un materiale ideale per il "metallo di plastica".
La struttura del poliacetilene è formata da atomi di carbonio, con legami singoli e doppi tra loro;Questo polimero può controllare la sintesi del suo cis o degli isomeri trans modificando la temperatura di reazione.Sebbene la catena principale di poliacetilene abbia proprietà coniugate, i suoi legami carbonio di carbonio non sono completamente uguali, ma vi è evidente alternanza di legami singoli e doppi.Per l'applicazione del poliacetilene, la sua instabilità nell'aria e la difficoltà nell'elaborazione, la possibilità di commercializzazione è limitata.
Storia di poliacetilene
Nelle prime ricerche sul poliacetilene, il primo polimero di acetilene riportato era "Cuprene", che ha colpito la ricerca successiva in questo campo.Nel 1958, Giulio Natta ha sintetizzato il poliacetilenne lineare, un polimero con alto peso molecolare e alta cristallinità, ma ha attirato poca attenzione a causa della sua mortale sensibilità all'aria.
Non è stato fino a quando il team di ricerca di Hideki Shirakawa ha scoperto che il poliacetilene lineare poteva essere convertito in film d'argento e il valore di conducibilità del poliacetilene è stato riconosciuto fino a questa volta.
Gli esperimenti di Shirakawa et al. hanno mostrato che quando il poliacetilene è drogato con I2, la sua conduttività è aumentata di sette ordini di grandezza.Questa scoperta rende il poliacetilene una pietra miliare importante nei materiali conduttivi organici.Con ulteriori miglioramenti e ricerche, gli scienziati hanno scoperto che la cis-poliacetilenne ha una conduttività migliore rispetto al trans-poliacetilenne e l'uso di altri droganti come ASF5 può migliorare ulteriormente la conducibilità, raggiungendo persino un livello vicino a quello del rame.
Sintesi e doping
Esistono molti metodi per la sintesi di poliacetilene, il più comune è la polimerizzazione del gas di acetilene attraverso il catalizzatore Ziegler-Natta.Diverse configurazioni e condizioni di catalizzatore consentono agli scienziati di controllare accuratamente la struttura e le proprietà dei polimeri.Inoltre, il poliacetilene può anche essere sintetizzato dalla polimerizzazione ciclica a catena aperta (Romp), che offre la possibilità per la successiva introduzione di sostanze funzionali.
Durante il processo di doping del poliacetilenge, esponendolo al vapore dei composti accettati da elettroni, la conduttività aumenterà drasticamente, il che significa che il polimero seguirà la direzione delle tecnologie elettroniche emergenti.
Ad esempio, i droganti di tipo P come BR2, I2, ecc. Possono effettivamente migliorare la conduttività del poliacetilene, con conseguente formazione di un complesso di trasferimento di carica.Con l'introduzione di droganti di tipo N come litio, sodio e potassio, sebbene i loro aumenti di conducibilità non siano evidenti quanto il doping di tipo p, sono in corso studi corrispondenti.
Proprietà e applicazioni di poliacetilene
La struttura e le proprietà del poliacetilene dipendono fortemente dalle condizioni di sintesi, che possono ottenere diversi rapporti CIS a trans a temperature diverse.La conduttività dei film di poliacetilene è cambiata considerevolmente senza doping ed è ancora più sorprendente dopo il doping.
Sebbene il poliacetilene abbia una buona conduttività a temperatura ambiente, la sua flessibilità e conducibilità saranno notevolmente ridotte dopo aver contattato l'aria e persino si verificherà ossidazione.
Pertanto, sebbene il poliacetilene svolga un ruolo nell'elettronica e in altre applicazioni di scienze dei materiali, le attuali applicazioni commerciali non sono chiare a causa della propria instabilità e difficoltà di elaborazione.I ricercatori possono rivolgere la loro attenzione ad altri polimeri conduttivi, come politiofene, polianilina, ecc.
Queste difficoltà e sfide significano che in futuro il poliacetilene può ancora sfondare i suoi limiti e portarci nuove possibilità di applicazione?
