POLÍMEROS CONDUCTORES

Presentación del tema: "POLÍMEROS CONDUCTORES"— Transcripción de la presentación:

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

2 1.- INTRODUCCIÓN: HISTORIA Y DESARROLLO
Premio Nobel de Química 2000: Alan Heeger, Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa (desarrollo de la física de semiconductores) Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

3 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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” Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

4 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

5 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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

6 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

7 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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). Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

8 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
PROPIEDADES Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

9 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

10 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

11 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
Se ha podido emplear el dopaje en polianilinas, polipirroles y politiofenos, logrando aumentar considerablemente la conductividad eléctrica. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

12 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

13 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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

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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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

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APLICACIONES Baterías recargables Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

16 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

17 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 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

18 Actuadores. Músculos Artificiales
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

19 Actuadores. Músculos Artificiales
Comparación con los naturales Naturales Cambios conformacionales de Miosina (ATPADP) En contracción Artificiales Tranformación de energía eléctrica  variaciones conformacionales En expansión-contracción Cambios conformacionalescambio 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 polímeroFlujo de iones Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

20 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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. Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

21 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 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

22 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
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 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

23 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
Otras aplicaciones Farmacología Membrana separadora de gases Escudos electromagnéticos Membranas para la depuración de aguas Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

24 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

25 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
Otras aplicaciones Debidas al electrocromismo de los PC Ventanas inteligentes Pantallas planas y dispositivos de visualización Espejos inteligentes Filtros ópticos Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley

26 Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley
FIN Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley