Elektromosságot vezető szerves polimerek a XXI. század műanyag fémei

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Elektromosságot vezető szerves polimerek a XXI. század műanyag fémei"

Mihály Dudás
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elektromosságot vezető szerves polimerek a XXI. század műanyag fémei Fából vaskarika? KÉMIA szabadegyetem március 22.

2 POLIMEREK: ismétlődő egységekből, monomerekből felépülő nagyméretű molekulák, melyekben az egységeket kémiai kötések kapcsolják össze

4 Pirrol, savgőz, PANI (1862) Letheby Dall Olio (1968) vizes kénsav oldatban elektrolízis útján - ún. fekete pirrol sószerű Szerves anyagok elektrokémiai oxidációja - fekete réteg (polimerizáció) szigetelő - aktív felület csökkenése, nemkívánatos mellékfolyamat (az áramhatásfokot csökkenti), elkerülendő Shirakawa (1977) a poliacetilén vezetése jódgőz hatására 10 nagyságrenddel nő: 10 3 S/m! Diaz (1979) elektrokémiai szintézissel PPy

5 Műanyag fémek avagy fából vaskarika

6 Konjugáció: egyszeres és kettős kötések Alap- és oxidált állapot Műanyag fémek avagy fából vaskarika

7 Elektrokémiai átalakítás -reverzibilis I / E / mv

8 A vezetés változása Műanyag fémek avagy fából vaskarika

9 A látható fény elnyelésének változása - oxidáció Műanyag fémek avagy fából vaskarika

10 Abszorbancia A redukció során 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Hullámhossz (nm)

11 m / g A polimerfilm tömegváltozása A 0, ,04528 B 6,79177E-4 3,94701E R = 0,99771 SD = 0,19142, N = 138 P = 5,29056E Q / C

12 A szintetikus fémek - ki- és bekapcsolhatók Műanyag fémek avagy fából vaskarika

13 Reverzibilisen átalakíthatók - kémiai oxidáns pl. I 2 P + X. = P + X - Polimerrel módosított elektródok - elektrokémiai átalakítás P + X - = P + X - + e - hatására anionok - elektroneutralitás

14 a polaron képződése: N 0 = P + + e - a bipolaron képződése: P + = B 2+ + e - a polaronok kölcsönhatása: P + + P + = PP ++

15 a láncnövekedés két lehetősége: az oxidált film monomerrel vagy annak oxidált formájával kapcsolódik? 1.9 V 1.4 V

16 Alkalmazásaik

17 Színváltó üveg, okos ablak (smart window)

18 LED képernyős televíziók, világító GPS térkép Műanyag fémek avagy fából vaskarika

19 Feltekerhető, flexibilis képernyő Szerves polimerből készült tranzisztor

20 Összetett anyagok, polimer alapú kompozitok, hibridek

21 Intensity Elektromosan vezető polimereken alapuló összetett anyagok Lehetőség arra, hogy kombináljuk a vezető tulajdonságot optikai/mágneses/fotokatalitikus/biokatalitikus tulajdonságokkal

22 conductivities Stabilizált vezetésű elektrokatalizátor electric S/cm Műanyag fémek avagy fából vaskarika Ag content % heat W/K.m

23 lg(s/s 0 ) Megnövelt vezetésű hibrid % 1% 2% 3% 4% 5% Ag [mass%]

24 I photo / A I/ A -200 Fotoelektrokémiai oxigéndetektor A A t/s y = x R 2 = O 2 /mg l -1

25 I ( A) A fény a hidrogén-peroxid bomlását katalizálja 10 5 mv/s N 2 atmoszféra O 2 atmoszféra O atmoszféra + megvilágítás -1,2-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 E (V) vs Ag/AgCl

26 I ( A) Foto-elektrokémiai hidrogén-peroxid érzékelő V V I = A M -1 * c - 5,76 *10-6 A R 2 =0, I = A M -1 * c *10-6 A R 2 =0, c H 2 O 2 ( M)

27 Hajtóerő a beépüléshez és a stabil kompozit kialakításához magnetit A B

28 Lehetőség biomolekulák immobilizálására magnetit borított magnetit PPy / B12 / magnetit

29 m g Tömegnövekedés a polimerizációk során Polypyrrole Polypyrrole + magnetite Polypyrrole + magnetite + B12 B12 15 m/m % Fe 3 O 4 27 m/m % t / s

30 G. Gershwin C. Visy: Chemistry in blue

31 Mágneses elektród

32 Hangolható mágnesesség

33 Hibridek alkalmazási lehetőségei a megújuló energiák hasznosítása terén p/n félvezetők alkotta napelemek Tüzelőanyag-cellák katódja O 2 -redukció Termoelektromos áramtermelés

34 PEDOT / TiO 2 hibrid - p/n heterojunction A nanocsőkötegek beborítása A p-típusú félvezető a polimer Az n-típusú: TiO 2 nanocső köteg

35 Current density / A cm -2 I / ma Absorbance Elektroaktivitás és reflexiós UV-látható színkép 1,0 0,8 0,6 0, mv/s PEDOT 0,2 0,0-0,2 TiO 2 + PEDOT -0,4-0,6-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 E / V vs. Ag/AgCl Wavelength / nm TiO Foto-elektrokémiai aktivitás light off light on 70 A cm s ,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 Potential / V

36 I / A Polipirrol / Fe 3 O 4 hibrid - katód O 2 -redukció kulcsszerepe a tüzelőanyag-elemekben Magnetit nanorészecskék beépítése vezető polimerekbe Fotokatalitikus aktivitású új elektród -12 PPy / Fe 3 O 4-16 dark illuminated t / s

37 U/mV Termoelektromos anyagok Bi 2 Te 3 (~250 μv/k) Politiofén Y = (1.283 ± 0.001)X +( ± 0.016) r = , F = T/K

38 Kémiai Nobel díj Alan MacDiarmid ( ), Hideki Shirakawa, Alan Heeger

40 Köszönöm a figyelmet.

Hasonló dokumentumok

Tárgyszavak: alakmemória-polimerek; elektromosan vezető adalékok; nanokompozitok; elektronika; dópolás.

Tárgyszavak: alakmemória-polimerek; elektromosan vezető adalékok; nanokompozitok; elektronika; dópolás. MŰANYAGFAJTÁK Elektroaktív polimerek Nikkel és vas-oxid tartalmú keverékek előállítását és tulajdonságait vizsgálták a vezetőképesség növelése és alakmemóriával rendelkező polimerek előállítása céljából.