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

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

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

3 Polímeros Conductores 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

4 Polímeros Conductores 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.

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

6 Polímeros Conductores 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.

7 Polímeros Conductores 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).

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

9 Polímeros Conductores 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.

10 Polímeros Conductores 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.

11 Polímeros Conductores 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.

12 Polímeros Conductores 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.

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

14 Polímeros Conductores Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley 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.

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

16 Polímeros Conductores 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

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

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

19 Polímeros Conductores Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley Actuadores. Músculos Artificiales Naturales Cambios conformacionales de Miosina (ATP ADP) En contracción Artificiales Tranformación de energía eléctrica variaciones conformacionales En expansión-contracción Comparación con los naturales Cambios conformacionales cambio de volumen trabajo mecánico El proceso ocurre a una T constante y en medio acuoso Intercambio de iones con el medio Ca 2+ liberados Oxidación del polímero Flujo de iones

20 Polímeros Conductores 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.

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

22 Polímeros Conductores 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

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

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 LEDFotodiodos

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

26 Polímeros Conductores Iván Julián Fontán, Carmen Carrión, Darren J.Shepley


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