İletken Polimerler ve Politiyofen
•Download as PPTX, PDF•
3 likes•12,764 views
Bu sunum; Gazi Üniversitesi İleri Teknolojiler ABD, Yrd.Doç.Dr. CEREN OKTAR 'ın sorumluluğunda olan" Yeni Nesil Polimerik Malzemeler ve Endüstriyel Uygulama Alanları" adlı derste sunmuş olduğum İletken Polimerler ve önemli bir iletken polimer olan Politiyofeni detaylı bir şekilde anlatmaktadır.
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Viewers also liked
Viewers also liked (20)
İletken Polimerler ve Politiyofen
- 1. Zümrüt VAROL İLETKEN POLİMERLER VE POLİTİYOFEN Zümrüt VAROL Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İleri Teknolojiler ABD
- 2. Zümrüt VAROL Anlatacaklarım • Polimer nedir? • Polimerlerin Sınıflandırılması • İletken Polimerlerin Keşfi • Polimerlerde İletkenlik – Konjugasyon – Doping • Doplanmış Bazı İletken Polimerlerin Yapı ve Doping Maddeleri • İletken Polimerlerde Hopping Olayı • Band Teorisi • İletken Polimerlerin Sentez Yöntemi • İletken Polimerlerin Kullanım Alanları • Politiyofen • Politiyofen Sentezleme Yöntemleri • Politiyofenin Kimyasal Polimerizasyonu • Politiyofenin Elektrokimyasal Polimerizasyonu • Politiyofenin Özellikleri • Politiyofenin Avantajları • Politiyofenin Kullanım Alanları • Kaynaklar
- 3. Zümrüt VAROL Polimer Nedir? • Bir çok monomerin birbirine kovalent bağlarla bağlanarak oluşturduğu makro moleküllere polimer denir.
- 4. Zümrüt VAROL Polimerlerin Sınıflandırılması POLİMERLER Kimyasal Yapılarına Göre Organik Polimerler İnorganik Polimerler Fiziksel Özelliklerine Göre Plastikler Termoplastikler Termosetler Elastomerler Elyaf Bileşik Kaynağına Göre Doğal Polimerler Yarı Sentetik Polimerler Sentetik Polimerler Zincir Şekline Göre Düz Zincirli Polimerler Dallanmış Polimerler Çapraz Bağlı Polimerler Mekanik Özelliklerine göre Akışkan polimerler Yüksek Elastik Polimerler Katı Polimerler Monomer Şekline Göre Homopolimer Kopolimer Gelişigüzel Kopolimer Ardışık Kopolimer Blok Kopolimer Aşı Kopolimer Terpolimer
- 5. Zümrüt VAROL İletken Polimerlerin Keşfi • 2000 yılında “ İletken polimerlerin keşfi ve geliştirilmesi” dalında Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid ve Hideki Shirakawa, Kimya Nobel ödülünü almışlardır. • İyot, klor ve brom buharı ile etkileştirerek p- doping tekniğini geliştirdiler.
- 6. Zümrüt VAROL Polimerlerde İletkenlik İletkenlik için serbest elektronlara ihtiyaç vardır. • Elektron vericiler ve alıcılar sayesinde yük transferinin olduğu konjuge polimerler yapılara iletken polimer denir. • Bu konjuge polimer yapıları yarı iletken malzemelerdir ancak polimerler katkılanarak iletken polimerler haline gelmektedir. İletken polimerlerin iletkenliği, sıcaklık düşüşü ile iletkenlikleri artan, gümüş gibi tipik metallerin aksine, sıcaklık düşüşü ile azalır.
- 7. Zümrüt VAROL Polimerlerde İletkenlik Polimerlerde iletkenlik iki koşulla elde edilir. 1. Polimerlerin tek ve çift bağlardan oluşmasıdır ve buna konjuge çift bağ denir. Konjugasyon: Karbon atomları arasındaki bağların sırayla tek ve çift bağ olarak bağlanmasıyla oluşur. Her bağ güçlü bir kimyasal bağ oluşturan lokalize “sigma” (σ) bağı içerir ve buna ek olarak her çift bağda zayıf lokallize olmuş “pi” (π) bağı içerir.
- 8. Zümrüt VAROL Polimerlerde İletkenlik 2. Malzemeden oksidasyonla elektron uzaklaştırılması ya da redüksiyonla elektron eklenmesiyle yapılır. Buna doping denir. • Dopingin iki türü vardır. 1. Halojenlerin oksidasyonu (p-doping) 2. Alkali metallerin redüksiyonu (n-doping) Yük transportu iyonik transport 32/3 ICHIxCH nn xNaCHxNaCH x nn
- 9. Zümrüt VAROL Doplanmış Bazı İletken Polimerlerin Yapıları ve Doping Maddeleri
- 10. Zümrüt VAROL İletken Polimerlerde Hopping Olayı • Zincirler arası yük transferi ve bir molekülden diğerine yük taşıyıcılarının hareketi hopping yardımıyla açıklanmaktadır. • Hopping kuralında, polimerlerin iletkenliğini belirleyen bir kriter olan yüklerin zincirler arasındaki hareketi göz önünde bulundurulur. İndirgenme ve yükseltgenme ile polimer zinciri üzerinde meydana gelen iyonik halde yüklerin bir molekülden diğerine geçişini bu mekanizma açıklamaktadır. • Farklı polimer zincirleri arasındaki elektron aktarımı hopping mekanizmasıyla açıklanır. Bir nötral soliton kendisinin bulunduğu polimer zincirine yakın bir zincirdeki yüklü solitonla etkileşir ve solitonun elektronu, etkileştiği zincirdeki kusurlu yere atlar.
- 11. Zümrüt VAROL Bant Teorisi • Bir katıdaki elektron davranışını tanımlar. • Atomlar birbirlerine yaklaştıkça, enerji seviyeleri bandları oluşturur. En yüksek dolu orbitaller (HOMO), valans (değerlik) bandı ve en düşük boş orbitaller (LUMO) iletkenlik bandını oluştururlar. Bu iki band asındaki boşluğa band boşluğu adı verilir. Katılarda enerji bantları
- 12. Zümrüt VAROL İletken Polimerlerin Sentez Yöntemleri İletken Polimer Sentez Yöntemleri Elektrokimyasal Polimerizasyon Kimyasal Polimerizasyon Piroliz Katalitik Polimerizasyon
- 13. Zümrüt VAROL Kimyasal Polimerizasyon • İletken polimer sentezinde, monomer uygun çözücüde çözülerek, katalizör eşliğinde, bir yükseltgeme veya indirgeme aracı kullanılarak polimerleştirilir. • Kimyasal polimerizasyonda, kullanılacak olan doping maddesi ve katalizörün elde edilecek iletken polimerin elektriksel iletkenliği üzerinde önemli etkisi bulunmaktadır. Avantajları • Çok miktarda ve düşük maliyetle ürün elde etmek gibi avantajları vardır. Dezavantajları • Yükseltgenme basamağının kontrol edilememesi. • Elde edilen ürünün safsızlıklar içermesi. • Kuvvetli yükseltgenlerin kullanılması durumunda aşırı yükseltgenme nedeni ile polimerin parçalanmasına neden olabilir.
- 14. Zümrüt VAROL Elektrokimyasal Polimerizasyon • Destek elektrolit çözeltisindeki monomerin yükseltgenmesiyle meydana gelir. • Dış potansiyel uygulanmasıyla, reaktif radikal katyon üretilir. İlk yükseltgenme basamağının ardından polimerin oluşması için iki yöntem mümkündür. 1. Monomerin radikal katyonu, nötral monomerle dimer oluşturmak için birleşebilir. 2. İki radikal katyonu birleşerek dimer oluşturabilir. Sonra, dimer tekrar yükseltgenir ve elektroaktif polimer oluşmasını başlatır. Avantajları • Reaksiyon hızının ve doping yönteminin kontrol edilebilmesidir. • Basit, seçici, tekrarlanabilir olması, film kalınlığının, mol kütlesinin kontrolü kolaydır. Dezavantajları • Bu polimerizasyonla elde edilen ürünler çözülemeyen polimerlerdir.
- 15. Zümrüt VAROL Piroliz • Bilinen en eski yöntemdir. • Bu yöntemde uzun bir aromatik yapı oluşturmak için ısıtma ile polimerden heteroatomlar (halojenler, oksijen ve azot gibi) ayrılmaktadır. • Bu aşamada yapıda meydana gelen küçük değişmeler karbon atomları üzerinde zincir boyunca devam eder. Böylece taşıyıcı yük hareketliliği artar ve serbest radikalleri oluşturarak yük taşıyıcıların sayısını da arttırır. Polimer pirolizinin ürünü, başlangıç polimerinin yapısı ve piroliz şartlarına bağlı olarak toz, film veya lif halinde olabilmektedir.
- 16. Zümrüt VAROL Katalitik Polimerizasyon • Katalizör olarak, düşük molekül ağırlıklı monomerler, yüksek molekül ağırlıklı bir polimer sürecinde zincir büyümesi süreci ile oluşturulur. • Polimerizasyon katalizörü, homojen ya da heterojen bir sistem olabilir. Örneğin etilen polimerizasyonu gibi Ziegler- tipi katalizör sistemi olabilir (TiCl3-A1R3) ya da çeşitli magnezyum bileşiği desteklenmiş bir katalizördür.
- 17. Zümrüt VAROL İletken Polimerlerin Kullanım Alanları • Antistatik kaplama malzemeleri • Korozyon inhibitörleri, Transistörler, Sensörler. • Bilgisayarlar için elektromanyetik koruyucular “Smart Windows” • Işık saçan diyotlar(LED, OLED) • Alan etkili transistörler (FET) • Fotovoltaik Hücreler, Süper Kapasitörler • Cep telefonları ve mini formattaki elektronik ekranlarda • Elektrokromik cihazlar, iyon seçici elektrotların yapımında kullanım • Radar Algılama Sistemleri • Çok düşük akımlar üretmeleri ve çok uzun ömürlü olmaları nedeniyle kalp pillerinde elektrot olarak
- 19. Zümrüt VAROL Politiyofen • Tiyofenin polimerizasyonu sonucu doping işlemiyle yolu ile konjuge elektron sistemine elektron aktarıp veya bu sistemden elektron çıkararak iletken hale gelebilen, heteroatom olarak kükürt içeren bir polimerdir. • Hem kimyasal hem de elektrokimyasal yöntemle sentezlenebilmektedir. • PTh üzerindeki A−, polimerizasyon esnasında polimer zinciri boyunca yük denkliği sağlayan eşlenik iyonu temsil ederken, m ise molekül ağırlığı ile orantılı parametredir. Tiyofenin yükseltgenerek politiyofen oluşturması
- 20. Zümrüt VAROL İletken polimerler içerisinde ilgi çekmesinin en önemli iki nedeni vardır; 1. Kararlılıkları 2. Organik çözücülerde çözünür olmaları • İlk çevresel olarak kararlı, organik çözücü ortamında çözünebilen 3-alkil sübstüte politiyofenler Elsenbaumer vd. (1987) tarafından sentezlenmiştir. • Yükseltgenme potansiyelleri MTh < ETh < Th sırasında artmaktadır. Tiyofen, 3-metil tiyofen ve 3-etil tiyofen
- 21. Zümrüt VAROL Politiyofenin yükseltgenme indirgenme reaksiyonu.
- 22. Zümrüt VAROL Politiyofenin Sentezleme Yöntemleri • Kimyasal Polimerizasyon • Elektrokimyasal Polimerizasyon
- 23. Zümrüt VAROL Politiyofenin Kimyasal Polimerizasyonu • PTh’nin kimyasal polimerizasyonunda; tiyofen uygun bir çözücüde çözülüp bir yükseltgen, indirgen veya katalizör madde varlığında polimerleştirilir. • Genellikle yükseltgeyici veya indirgeyici madde olarak asit, baz ya da tuz kullanılır. Bu maddeler hem başlatıcı hem de dopant rolüne sahiptirler. PTh’nin kimyasal sentezinde genellikle çözücü olarak kloroform kullanılırken, dopant olarak da FeCl3 kullanılmaktadır.
- 24. Zümrüt VAROL Politiyofenin Elektrokimyasal Polimerizasyonu • PTh’nin elektrokimyasal polimerizasyonunda; uygun bir çözücü içinde çözünmüş tiyofenin üç elektrotlu sistem ile (çalışma, karşıt ve referans elektrotlar) uygun bir elektrolit çözelti (dopant) içerisinde belli bir potansiyel uygulayarak gerçekleştirilmektedir. • Asetonitril çözeltisi içerisinde farklı elektrolit çözeltileri (tetrabütil amonyum perklorat, tetraetil amonyum tetrafloroborat ve tetrabutil amonyum hekzaflorafosfat) kullanılarak PTh sentezi gerçekleştirilmiş ve sentez koşullarının iletkenlik üzerinde önemli ölçüde etkisi olduğu belirtilmiştir. Elektrotun cinsi, akım yoğunluğu, sıcaklık, çözücü, elektrolit ve monomer derişimi gibi faktörlerden etkilenmektedir.
- 25. Zümrüt VAROL Tiyofenin elektrokimyasal polimerizasyon mekanizması
- 26. Zümrüt VAROL Politiyofenin Özellikleri • İletkenliği, yalıtkan formunda 10-10 S cm-1 den iletken formunda 102 S cm-1 e kadar değişen bir aralıktadır. • Hem dopingli hem de dopingsiz formlarında neme ve açık havaya karşı dayanıklıdırlar. • Derin kırmızı renk (λmax = 460 nm) ve yüksek iletkenlik (σ = 1,0 – 5,0 S cm-1) polimerin yüksek konjugasyona sahip olduğunu gösterir. • Flotasyon tekniklerinden yararlanılarak PTh ve türevlerinin yoğunluğu genellikle 1,3 ve 1,6 g/cm3 aralığında hesaplanmıştır. • SEM’ de ince PTh filmin (100-200 A°) pürüzsüz ve homojen bir yüzeye sahip olduğunu gösterir. • Tiyofen temelli polimerler havada 350 oC’ ye kadar, vakum altında veya inert atmosferde daha yüksek sıcaklıklarda kararlıdır. • Derişik asit çözeltilerinde daha kararlıdırlar.
- 27. Zümrüt VAROL Politiyofenin Avantajları • Kolay sentezlenmesi. • Yapısının kolaylıkla modifiye edilebilmesi. • Mükemmel işlenebilirliği, elektrokimyasal davranışlarının kontrol edilebilirliği. • Doplanmış ve doplanmamış hallerinin, yüksek çevresel dayanımı. Politiyofenin düşük çözünürlüğü ve eriyebilirliği, araştırmacıları farklı sübstütientler bağlayarak özelliklerini iyileştirmeye yöneltmiştir.
- 28. Zümrüt VAROL Politiyofenin Kullanım Alanları • Biosensörler • Elektriksel iletkenler • Optoelektronik aletler • Antistatik kaplamalar • Süperkapasitörler • Şeffaf elektrotlar • Elektrokromik görüntüler • Işık yayan diyotlar (LEDler) • Fotovoltaik hücreler, piller
- 29. Zümrüt VAROL Kaynaklar • Aydın Y. (2012). İletken Polimerlerin İçerisinde Enzim Tutuklamasıyla Yapılan Biyosensörler . Yüksek Lisans Tezi, Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karaman. • Don Klosterman D.Whang C. S., Rice B. Ve Lafhi K. Conductive Polymer Nanocomposites. University Of Dayton Research Institute. • Gümüş Ö. Y. (2010). Politiyofen/Boraks Kompozitin Sentezi, Karakterizasyonu Ve Elektroreolojik Özelliklerinin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. • Gürses A. İletken Polimerler, Atatürk Üniversitesi. • Http://Www.Polimerler.Com/İletken%20polimerler/İletken%20polimerler.Htm • Kalkan M., (2011 ). İletken Politiyofen/Poli(etilen Teraftalat) Kompozit Liflerinin Hazırlanması, Karakterizasyonu Ve Elektromanyetik Dalga Koruyucu Özelliğinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. • O’boyle N. ve Hutchison G. (2012). Solar & Biosensor Applications. Dublin, Smart Surfaces • Rupprecht L. (1999). Conductive Polymers And Plastics: In Industrial Applications. Society Of Plastics Engineers • Sığırcık G. (2011). İyonik Sıvıda Poliselenofen, Politiyofen Sentezi Ve Karakterizasyonu. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana. • Yasmin Khairy Abd El Fatah (2009). low Dimensional System And Nanostructures, Master İn Nanoscience.