View
214
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Polímeros Condutores
Ana Elisa Bassi Fortes
Anna Paula Alves Oliveira
Cristina Federicci Lima
Franklin Dias de Carvalho
Lucas Dionísio Toledo
Vitor Humel
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de Lorena
Prof. Dr. Amilton Martins dos Santos
27 de Novembro de 2013
Definição e Histórico
Cristina Federicci Lima
Definição
• “Metais sintéticos”
• Propriedades elétricas, magnéticas e óticas semelhantes
LANGIAN1, S. C. Estudo de Propriedades Térmicas e Mecânicas de Blendas de
PVDF/PANI. UNESP, Ilha Solteira, 2007
Hideki
Shirakawa
Alan J.
Heeger Alan G.
MacDiarmid
• Instituto de Tecnologia de Tóquio, 1976
• Síntese do poliacetileno
• Universidade da
Pensilvânia, 1977
• Dopagem do poliacetileno
com iodo
• Década de 80
• Mudança de catalisador e orientação do
filme por estiramento
• Condutividade semelhante ao cobre
Histórico
Histórico
Mais estudado
Maior interesse
Histórico
Teoria de Bandas
Franklin Dias de Carvalho
• Teoria do orbital molecular
• Interação de orbitais entre “n” átomos
• Princípio de exclusão de Pauli
Teoria de Bandas
Ef é
é
Teoria de Bandas
• Polímeros condutores são semicondutores
• Ligações conjugadas
• Dopagem
Teoria de Bandas
• Dopantes do tipo n → doadores de elétrons → redução da cadeia
polimérica
(CH)n + nyX → [(CH)+yXyˉ]n X = Na, K ...
• Dopantes do tipo p → receptores de elétrons → oxidação da cadeia
polimérica.
(CH)n + nyM → [(CH)-yMy+]n M = I2, AsF5 ou FeCl3
Teoria de Bandas
Teoria de Bandas
Polímeros Interpenetrados
– IPN’s
Cristina Federicci Lima
Mistura polimérica onde um polímero foi sintetizado e/ou reticulado na
presença de outro.
Não há ligação química entre os polímeros combinados.
Diferença entre IPN e blendas ou copolímeros:
• 1. A IPN incha, mas não se dissolve em solventes;
• 2. A IPN não escoa e não se rompe com facilidade
Rede de Polímeros Interpenetrados – IPN’s
• Full – IPN
• Semi IPN I e II
• IPN’s tipo látex
• IPN termoplástica
(O = monômero A, O = monômero B, M = monômero,
C = catalisador, X = agente reticulante)
Classificação das IPN’s
Síntese da Polianilina
Ana Elisa Bassi Fortes
• Poliacetileno: primeiro polímero condutor sintetizado,
porém possui instabilidade térmica e ambiental e
improcessabilidade.
Síntese
• Polianilina (PAni): possui estabilidade química de sua
forma condutora em condições ambientais, facilidade de
polimerização e dopagem e baixo custo do monômero.
Síntese
• Química, eletroquímica e fotoeletroquímica.
• A síntese química da polianilina é mais utilizada,
industrialmente possibilita a produção de grandes
quantidades do material e por isso é mais vantajosa.
• Custo de produção
• Rendimento
Polimerização
• Síntese sobre a ação de um agente oxidante, persulfato
de amônio - (NH4)2S2O8 – meio deve ter pH ≈ 1,0
• Outros agentes oxidantes
Síntese Química
• Oxidação anódica da anilina sobre um eletrodo de metal
inerte como platina ou ouro, vidro condutor ou outros
materiais menos comuns como o carbono vítreo.
• Os polímeros condutores também podem ser depositados
eletroquimicamente na forma de filmes sobre eletrodos
metálicos ou semicondutores.
• As dimensões do filme formado são limitadas pela área
geométrica do eletrodo e pela densidade de carga
utilizada na síntese.
Síntese Eletroquímica
• “Encapsulamento" das cadeias poliméricas no interior de
espaços vazios de estruturas hospedeiras (poros, lamelas,
cavidades);
• Espaços vazios da matriz são utilizados como molde.
• Esquema matriz unidimensional
Síntese Template
• Reações do tipo hospedeiro/convidado onde o convidado é
sintetizado em um hospedeiro com tamanho e forma de
poros controlados;
• Possibilita a organização e estabilização de materiais, em
micro e nanoescala, sem provocar modificações
substanciais na estrutura do hospedeiro.
• Matrizes uni, bi e tridimensionais (filamentos,
lamelas, redes)
Síntese Template
Aplicações:
OLED Lucas Dionísio Toledo
• LED: Diodo Emissor de Luz
(Light-Emitting Diode)
• OLED: Diodo Emissor de Luz Orgânico
(Organic Light-Emitting Diodes)
• PLED: Diodo Emissor de Luz Polimérico
(Polymer Light-Emitting Diode)
Significado
Substrato (plástico transparente, vidro,
lâmina)
Ânodo (transparente)
Camada condutora (ex.: polianilina)
Camada emissiva (ex.: polifluoreno)
Cátodo
Anilina / Polianilina
Fluoreno / Polifluoreno
Componentes e Estrutura
Funcionamento
Poly(2-decyloxy-1,4-
phenylene)
Polyquinoline
Poly[(1,4-phenylene-
1,2-diphenylvinylene)]
BCHA-PPV
MEH-PPV
Comprimento de onda emitido
Comprimento de onda emitido
Poly(2-decyloxy-1,4-
phenylene)
Polyquinoline
Poly[(1,4-phenylene-
1,2-diphenylvinylene)]
BCHA-PPV
MEH-PPV
PPV
Poly(1,4-phenylene
vinylene)
PPE
Poly(2,5-
dioctylphenylene-1,4-
ethynylene)
Poly(9,9-di-n-
octylfluorenyl-2,7-diyl)
Poly(3-octylthiophene)
Poly(3-
cyclohexylthiophene-
2,5-diyl)
Comprimento de onda emitido
Fabricação
Fabricação
(III) ,’-dicloro-p-xileno
(I) poli(p-fenilenovinileno)
Síntese do PPV
Tetraidrotiofeno
• Vantagens
– Fino, leve, flexível, brilhante, econômico e grande campo
de visualização.
• Desvantagens
– Vida útil, fabricação e sensibilidade a água.
Vantagens e Desvantagens
• Polímeros dopados com Platina
Inovações
• OLED flexível e transparente.
Inovações
• TV OLED LG Curva no Brasil
Inovações
• TV OLED 56” Panasonic
Inovações
Aplicações:
Nariz e língua eletrônicos
Vitor Humel
Língua Eletrônica
• Calibração – “Impressão digital” da substância
• Não pode haver interações químicas
• Durabilidade:
6 a 8 meses no máximo
↓ em substância ácidas ou com resíduos de
óleo
Capacitância/
Indutância
inicial
Eletrodo
sozinho em
meio aquoso
Língua Eletrônica
• Vantagem:
• Análise Rápida
• Praticidade
• Testes de produtos que apresentam riscos a
saúde.
• Na indústria:
Café: padronização (objetivo X subjetivo)
auxílio (degustador)
controle de qualidade
Tratamento de efluentes
Vinhos, sucos e água
Língua Eletrônica
Língua Eletrônica
Língua Eletrônica
• Nariz eletrônico com 32
sensores
• Nariz Humano com 20
milhões de sensores.
• Mais utilizado Polianilina.
Nariz Eletrônico
Nariz Eletrônico
Nariz Eletrônico
Calibração do aparelho
Head Space
Nariz Eletrônico
Caminho da amostra
Nariz Eletrônico
• Disco com polímeros.
• Incham
• Alteram a condutividade
• Apresenta o pico
Nariz Eletrônico
Análise de dados
Nariz Eletrônico
Representação de como os dados são convertidos em smellprint.
Nariz Eletrônico
• Prof. DOMINGOS SÁVIO GIORDANI
• Produção de M&M’s
• Identificação de tipos de uva.
• Identificação da origem do biodiesel através do
perfil olfativo (cheiro). • Óleo de amendoim.
• Óleo de amêndoas.
• Óleo de mamona.
• Detecção de defeitos do vinho.
• Tendências
Nariz Eletrônico
Aplicações:
Biomedicina Anna Paula Alves Oliveira
Configuração de um biossensor
Biossensores
Representação do principio de funcionamento de
biossensores que empregam polímeros funcionalizados com
DNA
Biossensores
Esquema de funcionamento de um músculo artificial.
ESTÍMULO ELÉTRICO MOVIMENTO
Músculos Artificiais
• Sustentação
• Durabilidade
• Rapidez
Músculos Artificiais
Músculos Artificiais
• Liberadores de Fármacos
• Membranas Seletivas
• Aparelhos de Aplicação Biomédica
• Microbombas
• Microválvulas
• Superfícies Inteligentes
Outras Aplicações
• Faez, R.; Reis, C.; de Freitas, P. S.; Kosima, O. K.; Ruggeri, G.; de Paoli, M. A. Polímeros Condutores.
Química Nova na Escola. n. 11, p. 13-18, 2000.
• Toma, E. H. Ligação Química: Abordagem clássica ou quântica? Química Nova na Escola. n. 6, p. 8-
12, 1997.
• Zoppi, R. A.; De Paoli, M. A. Aplicações tecnológicas de polímeros intrinsecamente condutores:
perspectivas atuais. Química Nova. v. 16. n. 6, p. 560-569, 1993.
• Mattoso, L. H. C. Polianilinas: síntese, estrutura e propriedades. Química Nova. v. 19. n. 4, p. 388-399,
1996.
• G. Appel, O. Böhme, R. Mikalo, D. Schmeißer. The polaron and bipolaron contributions to the electronic
structure of polypyrrole films. Technische Universität Cottbus, Angewandte Physik-Sensorik.
• Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v.8.1 (2013)1 –11 - ISSN 1809‐8797
• http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarTema.php?idTema=13
• http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/musculos_artificiais.html
• http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/musculos_artificiais.html
• http://www.cpgls.ucg.br/6mostra/artigos/SAUDE/SIMONE%20SAAD%20CALIL%20PAULO%20ROBER
TO%20QUEIROZ.pdf
Referências
Recommended