POLÍMEROS CONDUCTORES Iván Julián Fontán García Darren John Shepley Carmen Carrión Murcia.

POLÍMEROS CONDUCTORES

Iván Julián Fontán García

Darren John Shepley

Carmen Carrión Murcia

Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

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1.- INTRODUCCIÓN: HISTORIA Y DESARROLLO

Premio Nobel de Química 2000:

Alan Heeger, Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa (desarrollo de la física de semiconductores)


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1935: nylon-66. Algunas tribus indígenas ya usaban la

resina del caucho como algo similar a un zapato.

1977: se sintetizó el primer plástico conductor.

1981: se fabricó la primera batería con electrodos de plástico conductor.

El descubrimiento de los polímeros conductores sucedió “por accidente”


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2.- ESTRUCTURA

Dos moléculas de poliacetileno

Los átomos de C están unidos entre sí por una serie alternativa de enlaces dobles y simples(…=C-C=C-C=C- …) Característica general de todos los polímeros conductores: hiperconjugación de enlaces.


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3.- SÍNTESIS DE POLÍMEROS CONDUCTORES

Por medios químicos la síntesis y el dopado se producen por etapas.

Por medios electroquímicos la síntesis y el dopado se producen simultáneamente.


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4.- CARACTERIZACIÓN

La ciclovoltametria muestra los potenciales a los cuales los procesos de oxidación y reducción ocurren.

La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) da evidencias del tipo de enlace que se forma durante la polimerización y también muestra resultados sobre el tipo de dopado.


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La XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) también provee información como la naturaleza de la especie dopante, grado de dopado, y los sitios de polimerización.

El microscopio electrónico de barrido

(SEM).


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PROPIEDADES


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Conductividad

Para que un polímero pueda conducir la corriente eléctrica debe poseer mas o menos electrones de lo que normalmente le correspondería.

Debe estar compuesto por enlaces simples y dobles alternados entre los átomos de carbono. Esto permite que los electrones adicionales o los huecos de electrones puedan moverse a lo largo de la molécula.


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Los polímeros pueden ser dopados mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertos átomos que modifican sus propiedades físicas.

Al dopar el poliacetileno con vapor de yodo, Shirakawa logró aumentar la conductividad del poliacetileno en mil millones de veces.


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Se ha podido emplear el dopaje en polianilinas, polipirroles y politiofenos, logrando aumentar considerablemente la conductividad eléctrica.


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Los dopantes conocidos como tipo p eliminan electrones de la banda de valencia, dejando a la molécula cargada positivamente.

Los dopantes tipo n agregan electrones a la banda de conducción; de esta manera, la carga de la molécula resultará de signo negativo.

La oxidación del polímero neutro se denomina dopado-p y la reducción dopado-n.


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Electrocromismo(Cambios de color) Un cambio en el estado electrónico del

polímero afecta las propiedades electrónicas y ópticas.

Este cambio de color asociado al estado de oxidación se denomina electrocromismo.

Esta propiedad es fundamental para la fabricación de dispositivos electrocrómicos, ventanas inteligentes y papeles electrónicos.


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En una ventana inteligente los cambios de color responden a las variaciones de la luz del sol o de la temperatura.

Para bloquear la luz del sol se aplica un potencial positivo que causa el dopado oxidativo del polímero, lo que se traduce en una coloración intensa.


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Baterías recargables

APLICACIONES


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Baterías recargables

Son de menor peso El uso de electrodos de plástico evita el desgaste mecánico

asociado a la disolción/deposición del electrodo que ocurre durante el proceso de carga y descarga de las baterías comunes

Los polímeros no contienen sustancias tóxicas ni contaminantes

Más ligeras, flexibles y con una gran capacidad de aceptar y donar carga eléctrica reversiblemente

Larga vida y producen una densidad de energía varias veces mayor que las de los automóviles

La velocidad de descarga es espontánea y es menor que el de las clásicas


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Actuadores. Músculos Artificiales

Movimiento de una bicapa polímero conductor/cinta adhesiva, con la distribución de tensiones entre el polímero y la cinta y con los movimientos de aniones


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En un actuador tricapa, el mecanismo de actuación es básicamente el mismo que en la bicapa, sólo que mientras una película de PC se contrae la otra se expande, la capa soporte se encarga de mantener eléctricamente separadas las dos películas.



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Naturales• Cambios

conformacionales de Miosina (ATPADP)

• En contracción

Artificiales• Tranformación de energía

eléctrica variaciones conformacionales

• En expansión-contracción

Comparación con los naturales

•Cambios conformacionalescambio de volumen trabajo mecánico

•El proceso ocurre a una T constante y en medio acuoso

•Intercambio de iones con el medio

•Ca2+liberados •Oxidación del polímeroFlujo de iones


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Nervios Artificiales

El electrodo polimérico responde ante la concentración del medio con un potencial eléctrico.

Dispondremos de una Interfase :• Adecuada, biocompatible y sensible.

• Capaz de recibir señales eléctricas y transformarlas en iónicas Sistema Nervioso.

• Capaz de responder ante una variación de la concentración iónica (pulso nervioso) transformándola en una señal eléctrica.


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Recubrimientos Anticorrosivos

Alternativa para la protección contra la corrosión de sustratos ferrosos y no ferrosos

Película de polímero conductor como ánodo de sacrificio Protege galvánicamente el sustrato

No han sido desarrollados a la perfección


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Materiales Sensores Biosensor reconocimiento de moléculas

• Produce una señal eléctrica proporcional a la concentración de un analito

• Solución a los problemas de solubilidad y estabilidad de los intercambiadores de e-

• Aplicaciones biomédicas biosensores de glucosa

Sensor Analítico• Poder de cambiadores iónicos de los PC detectan

y separan iones ( de disoluciones acuosas u orgánicas) Polipirrol

• Versatilidad y bajo coste de fabricación

• Baja precisión de los resultados


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Otras aplicaciones

Farmacología Membrana separadora de gases Escudos electromagnéticos Membranas para la depuración de aguas

Otras aplicaciones

LEDs y Fotodiodos

Los PC pueden ser excitados por:

•Fotones incidentes desde una fuente de luz Fotoluminiscencia

•Inyección de cargas desde electrodos Electroluminiscencia

•Absorción óptica Fotovoltaico

LED

Fotodiodos


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Otras aplicaciones

Ventanas inteligentes Pantallas planas y dispositivos de

visualización Espejos inteligentes Filtros ópticos

Debidas al electrocromismo de los PC


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