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Condutividade elétrica incrível: como o poliacetileno é promovido a" metal de plástico "por doping?
O poliacetileno (nome da IUPAC: poliacetileno) sempre foi um representante de polímeros orgânicos, com uma unidade de repetição com uma estrutura de [C2H2] n.O conceito desse polímero vem da polimerização do acetileno, formando cadeias longas com ligações duplas alternadas.Nesse campo, o poliacetileno é considerado de grande importância, porque sua descoberta não apenas revela a porta para pesquisar polímeros condutores orgânicos, mas também atrai grande atenção por sua alta condutividade após o doping.Essa descoberta atraiu interesse despertado na aplicação de compostos orgânicos em microeletrônicos, especialmente semicondutores orgânicos, e recebeu o Prêmio Nobel de Química em 2000.
A condutividade aprimorada do poliacetileno permitiu que esse material se desenvolvesse em direção a leve e processabilidade e espera -se que se torne um material ideal para "metal plástico".
A estrutura do poliacetileno é formada a partir de átomos de carbono, com ligações únicas e duplas alternadamente entre si;Esse polímero pode controlar a síntese de seus isômeros cis ou trans alterando a temperatura da reação.Embora a principal cadeia de poliacetileno tenha propriedades conjugadas, suas ligações carbono-carbono não são completamente iguais, mas há uma alternância óbvia de ligações únicas e duplas.Para a aplicação do poliacetileno, sua instabilidade no ar e dificuldade no processamento, a possibilidade de comercialização é limitada.
História do poliacetileno
Na pesquisa inicial sobre poliacetileno, o polímero de acetileno mais antigo relatado foi "Cupreno", que afetou a pesquisa posterior nesse campo.Em 1958, Giulio Natta sintetizou o poliacetileno linear primeiro, um polímero com alto peso molecular e alta cristalinidade, mas atraiu pouca atenção devido à sua sensibilidade ao ar mortal.
Os experimentos deNão foi até que a equipe de pesquisa de Hideki Shirakawa descobrisse que o poliacetileno linear poderia ser convertido em filmes de prata, e o valor de condutividade do poliacetileno foi re-reconhecido até esse momento.
Shirakawa et al. mostraram que quando o poliacetileno é dopado com I2, sua condutividade é aumentada em sete ordens de magnitude.Essa descoberta faz do poliacetileno um marco importante em materiais condutores orgânicos.Com melhorias e pesquisas adicionais, os cientistas descobriram que o cis-poliacetileno tem melhor condutividade do que trans-poliacetileno, e o uso de outros dopantes como o ASF5 pode melhorar ainda mais a condutividade, chegando a um nível próximo ao de cobre.
Síntese e doping
Existem muitos métodos para a síntese de poliacetileno, o mais comum é a polimerização do gás acetileno através do catalisador Ziegler-Natta.Diferentes configurações e condições de catalisador permitem que os cientistas controlem com precisão a estrutura e as propriedades dos polímeros.Além disso, o poliacetileno também pode ser sintetizado por polimerização de cadeia aberta cíclica (ROMP), que fornece a possibilidade de introdução subsequente de substâncias funcionais.
Durante o processo de doping de poliacetileno, expondo-o ao vapor dos compostos que aceitam elétrons, a condutividade aumentará dramaticamente, o que significa que o polímero seguirá a direção das tecnologias eletrônicas emergentes.
Por exemplo, os dopantes do tipo P, como Br2, I2, etc. podem melhorar efetivamente a condutividade do poliacetileno, resultando na formação de um complexo de transferência de carga.Com a introdução de dopantes do tipo N, como lítio, sódio e potássio, embora sua condutividade aumente não seja tão óbvia quanto o doping do tipo P, os estudos correspondentes também estão em andamento.
Propriedades e aplicações de poliacetileno
A estrutura e as propriedades do poliacetileno dependem fortemente das condições de síntese, que podem obter diferentes relações cis e trans em diferentes temperaturas.A condutividade dos filmes de poliacetileno mudou consideravelmente sem doping, e é ainda mais incrível após o doping.
Embora o poliacetileno tenha boa condutividade à temperatura ambiente, sua flexibilidade e condutividade serão bastante reduzidas após o contato com o ar, e até a oxidação ocorrerá.
Portanto, embora o poliacetileno deva desempenhar um papel nas aplicações eletrônicas e de outros materiais, as aplicações comerciais atuais não são claras devido à sua própria instabilidade e dificuldades de processamento.Os pesquisadores podem voltar sua atenção para outros polímeros condutores, como politiofeno, polianilina, etc.
Essas dificuldades e desafios significam que, no futuro, o poliacetileno ainda pode romper suas limitações e nos trazer novas possibilidades de aplicação?
