The politiofenii (PT) sunt o familie de polimeri (macromolecule) care rezultă din reacția de polimerizare de tiofen , un heterociclu sulfurat , care poate deveni conductoare atunci când electronii sunt adăugate sau îndepărtate din orbitalii p conjugat de dopaj .
Cea mai remarcabilă proprietate a acestor materiale, conductivitatea electrică , este rezultatul delocalizării electronice de -a lungul lanțului polimeric - de unde calificarea lor uneori ca „metale sintetice”. Cu toate acestea, nu este singura proprietate interesantă datorită acestei relocări. Proprietățile optice depind de fapt de stimulii de mediu, cu schimbări drastice de culoare în funcție de solvent , temperatură , potențialul aplicat și legăturile cu alte molecule. Modificările culorilor și conductivității sunt induse de același mecanism - torsiunea coloanei vertebrale a polimerului, rupând conjugarea - ceea ce le face senzori chimici , oferind o gamă largă de răspunsuri electronice și optice.
Studiul polițiofenilor - și mai pe larg al polimerilor conductivi - a avut loc în esență în ultimele trei decenii până când excelența sa a fost confirmată prin obținerea în 2000 a Premiului Nobel pentru chimie de către Alan Heeger , Alan MacDiarmid și Hideki Shirakawa „pentru descoperire și dezvoltarea polimerilor conductivi ” . Un număr semnificativ de articole de recenzie au fost deja publicate pe PT, primul dintre ele datând din 1981. Schopf și Koßmehl au publicat astfel o revizuire clară a literaturii publicate între 1990 și 1994. Roncali a observat sinteza pe cale electrochimică în 1992 și proprietățile electronice ale PT-urilor substituite în 1997. Revista lui McCullough din 1998 s-a bazat pe sintezele chimice ale PT-urilor conductive. O revizuire generală a polimerilor conjugați din anii 1990 a fost efectuată de Reddinger și Reynolds în 1999. În cele din urmă, Swager și colab. au investigat senzorii chimici pe bază de polimeri conjugați în 2000. Aceste articole de revizuire sunt ghiduri excelente pentru evidențierea publicațiilor timpurii ale PT din ultimele două decenii.
Electronii sunt delocalizați de-a lungul lanțurilor conjugate de polimeri conductori, de obicei prin suprapunerea orbitalilor p, rezultând un sistem π extins cu o bandă de valență completă. Prin îndepărtarea electronilor din sistemul π ( dopaj p ) sau adăugarea ( dopaj n ), se formează o unitate încărcată numită bipolaron (vezi figura 1).
Dopajul se efectuează la rate mult mai mari (20 până la 40%) în polimerii conductori decât în semiconductori (<1%). Bipolaronul se mișcă ca o singură entitate de-a lungul lanțului polimeric și este responsabil pentru conductivitatea polimerului, care poate fi observată macroscopic. Pe unele probe de poli (3-dodeciltiofen) dopat cu iod , conductivitatea poate ajunge la 1000 S / cm. (în comparație, conductivitatea cuprului este de aproximativ 5,10 5 S / cm). De obicei, conductivitatea PT-urilor este mai mică de 1000 S / cm, dar nu este necesară o conductivitate mai mare pentru multe aplicații de polimeri conductivi (a se vedea exemplele de mai jos ).
Oxidarea polimerului conductiv și introducerea de contraioni (p-doping) simultan, pot fi realizate chimic sau electrochimic . În timpul sintezei electrochimice a unui PT, contracțiile dizolvate în solvent se pot asocia cu polimerul atunci când acesta este depus pe electrod în forma sa oxidată. Prin doparea polimerului în timpul sintezei sale, un strat subțire poate fi depus pe electrod - polimerul conduce electronii din substrat către suprafața filmului. Alternativ, un film sau o soluție de polimer conductiv neutru poate fi dopată după sinteză.
Reducerea polimerului conductiv (dopaj n) este mult mai puțin frecventă decât dopajul p. Un studiu preliminar al dopajului electrochimic a arătat că, din moment ce nivelurile de dopaj n sunt mai puțin numeroase decât cele ale dopajului p, ciclurile de dopaj n sunt mai puțin eficiente, numărul de cicluri necesare pentru a atinge dopajul maxim este mai mare și procesul de dopaj n pare să fie limitat din punct de vedere cinetic, datorită difuziei contraionilor în polimer.
O mare varietate de reactivi au fost folosiți pentru a crește PT. Iod și brom produc conductivități ridicate , dar sunt instabile și se evaporă încet din material. De acizi organici , cum ar fi acidul trifluoracetic , acidul propionic și acizii sulfonici produc PT cu conductivități mai mici la cele produse de halogen , dar cu stabilitate superioară a mediului. Polimerizarea oxidativă cu clorură ferică poate avea ca rezultat dopajul cu catalizatorul rezidual , deși studiile de spectrometrie de masă MALDI au arătat că poli (3-hexiltiofenul) este , de asemenea, parțial halogenat de agentul oxidant rezidual. Poli (3-octiltiofenul) dizolvat în toluen poate fi dopat cu soluții de clorură ferică hexahidrat dizolvat în acetonitril și poate fi depus în filme cu conductivități de până la 1 S / cm. Se pot menționa, printre alți dopanți p mai puțin frecvenți, clorura de aur (III) și acidul trifluormetansulfonic .
Sistemele PT conjugate extinse produc una dintre cele mai interesante proprietăți ale acestor materiale, proprietățile lor optice. Ca o primă aproximare, scheletul conjugat poate fi considerat ca un exemplu real al soluției „electronului într-o cutie” a ecuației Schrödinger ; cu toate acestea, se dezvoltă modele mai fine pentru a prezice fin spectrele de absorbție și fluorescență ale sistemelor oligo-tiofene bine definite. Conjugarea se bazează pe suprapunerea orbitalilor p ai inelelor aromatice, care la rândul lor necesită inelele tiofene să fie coplanare (vezi Figura 2, sus).
Numărul de cicluri coplanare determină lungimea conjugării: cu cât este mai mare lungimea conjugării, cu atât este mai mică separarea dintre nivelurile de energie și cu atât este mai mare lungimea de undă de absorbție. Abaterea de la coplanaritate poate fi permanentă, rezultând din legături slabe în timpul sintezei, sau poate fi cauzată de adăugarea de lanțuri laterale voluminoase ( obstacol steric ), sau temporară, rezultată din schimbări în mediu sau conexiuni. Această torsiune scheletică reduce lungimea conjugării (vezi Figura 2, de jos) și crește separarea nivelurilor de energie, ceea ce reduce lungimea de undă de absorbție.
Determinarea lungimii maxime efective de conjugare necesită sinteza PT-urilor regulate pe regiuni de lungime definită. Banda de absorbție din regiunea vizibilă este deplasată la roșu pe măsură ce lungimea conjugării crește, iar lungimea maximă efectivă a conjugării este calculată ca punct de saturație la deplasare la roșu. Studiile timpurii de Ten Hoeve și colab. a raportat că conjugarea eficientă a cuprins 11 unități repetate, apoi studii ulterioare au mărit această estimare la 20 de unități. Mai recent, Otsubo și colab. a efectuat sintezele de oligotiofen la 48 și 96 și a constatat că deplasarea spre roșu, atâta timp cât este mică (o diferență de 0,1 nm între 72 și 96-mer), nu satura, ceea ce înseamnă că lungimea efectivă a conjugării poate fi mai mare chiar și de 96 de unități.
O gamă largă de factori de mediu pot determina răsucirea coloanei vertebrale conjugate, reducând lungimea conjugării și determinând deplasarea benzii de absorbție, inclusiv solvenți, temperatură, aplicarea unui câmp electric sau ioni dizolvați. Banda de absorbție a acidului poli (3-tiofen acetic) în soluție apoasă de alcool polivinilic (PVA) este deplasată de la 480 nm la pH 7 la 415 nm la pH 4. Acest lucru poate fi atribuit formării unei structuri compacte de pelete capabile să formând legături de hidrogen cu PVA la deprotonarea parțială a grupării acidului acetic. PT-urile chirale nu prezintă dicroism circular indus (ICD) în cloroform , dar demonstrează ICD intense, dar opuse în amestecurile de cloroform-acetonitril și cloroform-acetonă. Astfel, un PT cu un aminoacid chiral ca lanț lateral prezintă schimbări moderate ale benzii de absorbție și ICD în funcție de pH și de concentrația tamponului .
Schimbările în benzile de absorbție ale PT-urilor datorate unei schimbări de temperatură rezultă dintr-o tranziție conformațională de la o conformație coplanară aproape liniară la temperatură scăzută la o conformație non-plană, cu bile la temperaturi mai mari. De exemplu, poli (3- (octiloxi) -4-metiltiofen) suferă o schimbare de culoare de la roșu la violet 25 ° C , de culoare galben pal până la 150 ° C . Un punct izobestian (punctul în care curbele de absorbție la toate temperaturile se suprapun) indică coexistența între două faze, care pot exista pentru același lanț sau pentru lanțuri diferite. Cu toate acestea, nu toate PT termocromice au un punct izobestic: cele foarte regulate (regularitatea este faptul că monomerii sunt dispuși în același mod pe cea mai lungă lungime posibilă a lanțului și cât mai frecvent posibil) poli (3-alchiltiofen) s ( PAT) arată o schimbare continuă de albastru pe măsură ce temperatura crește dacă lanțurile sunt suficient de scurte pentru a nu se amesteca și a se converti între fazele cristaline și dezordonate la temperatură scăzută .
În cele din urmă, PT-urile pot prezenta schimbări de absorbție datorită aplicării câmpurilor electrice ( electrocromism ) sau introducerii ionilor alcalini ( ionocromism ). Aceste efecte vor fi discutate mai jos în contextul aplicării PT.
Asimetria tiofenului trisubstituit duce la trei cuplaje posibile atunci când doi monomeri sunt conectați între pozițiile 2 și 5. Aceste cuplaje sunt:
Aceste trei diademe pot fi combinate în patru triade distincte, prezentate în figura 3.
Triadele se pot distinge prin spectroscopie RMN , iar gradul de regoregularitate poate fi estimat prin integrarea spectrului obținut.
Elsenbaumer și colab. a observat mai întâi efectul regularității asupra proprietăților PT: un copolimer de 3-metiltiofen și 3-butiltiofen cu blocuri aleatorii are astfel o conductivitate de 50 S / cm, în timp ce un copolimer mai regulat cu un raport de 2/1 de HT și Cuplajele HH au o conductivitate mai mare de 140 S / cm. Filmele poli (3- (4-octilfenil) tiofen) (POPT) regoregulare cu mai mult de 94% HT au conductivități de 4 S / cm, comparativ cu 0,4 S / cm ale POPT regulat. PAT-urile preparate folosind zincul lui Rieke formează "filme cristaline, flexibile și de culoare bronz cu un luciu metalic". Pe de altă parte, polimerii regio-aleatori corespunzători produc „pelicule amorfe și portocalii”. Comparația proprietăților termocromice ale PAT-urilor lui Rieke arată că, în timp ce polimerii regoregulari prezintă efecte termocromice puternice, cei normali nu prezintă modificări semnificative la temperatură ridicată. Acest lucru se datorează probabil formării unor defecte conformaționale ușoare și localizate . În cele din urmă, Xu și Holdcroft au arătat că absorbția fluorescenței și absorbția maximă a poli (3-hexiltiofenului) apar la lungimi de undă descrescătoare (energie mai mare) pe măsură ce rata diadelor HH crește. Diferența dintre absorbție și absorbție maximă, schimbarea Stokes , crește, de asemenea, cu rata diadelor HH, care poate fi atribuită în principal stresului conformațional în prima stare excitată.
PT-urile nesubstituite sunt conductori după dopare și au o stabilitate experimentală excelentă, în comparație cu alți polimeri conductivi, cum ar fi poliacetilena (sau polietinul conform nomenclaturii IUPAC : (C 2 H 2 ) n ), dar nu sunt foarte ușor de manevrat și sunt solubili în soluții precum amestecuri de trifluorură de arsen și pentafluorură . Cu toate acestea, în 1987 s-au anunțat exemple de PT organosolubile. Elsenbaumer și colab. , folosind un cuplaj încrucișat reactiv Grignard catalizat cu nichel , au reușit să sintetizeze două PT solubile, poli (3-butiltiofen) și poli (3-metiltiofen-'co '-3'-octiltiofen), care pot fi depuse în filme și dopat cu iod pentru a atinge conductivități de 4 până la 6 s / cm. Hotta și colab. au sintetizat electrochimic poli (3-butiltiofen) și poli (3-hexiltiofen) (și ulterior chimic) și au caracterizat acești polimeri în soluție , apoi depuși în filme. PAT-urile solubile prezintă atât termocromism cât și solvachromism (vezi mai sus ) în cloroform și 2,5-dimetiltetrahidrofuran.
Tot în 1987, Wudl și colab. au sintetizat cu succes poli (3-tiofenealcanesulfonat) solubil în apă. Pe lângă faptul că le conferă solubilitate în apă, grupările laterale sulfonate acționează ca contraioni și, prin urmare, induc autodoparea acestor polimeri conductori. PT substituit cu acizi carboxilici , acizi acetici , aminoacizi și uretani sunt, de asemenea, solubili în apă.
Mai recent, poli (3- (perfluorooctil) tiofenul) solubil în dioxid de carbon supercritic au fost sintetizate chimic și electrochimic de Collard și colab. . În cele din urmă, oligotiofenii nesubstituiți terminați la fiecare capăt de esteri alchilici labili termic au fost depuși în peliculă din soluție, apoi încălziți pentru a îndepărta grupurile lor de capăt solubilizante. Imaginile microscopului cu forță atomică (AFM) au arătat o creștere semnificativă a ordinii pe distanțe lungi după încălzire.
PT-urile pot fi sintetizate electrochimic, aplicându-le un potențial pe o soluție de monomeri pentru a induce polimerizarea sau chimic, utilizând oxidanți sau catalizatori de cuplare încrucișată . Aceste două metode au avantajele și dezavantajele lor.
În timpul unei polimerizări electrochimice, un potențial electric este aplicat unei soluții care conține tiofen și un electrolit , producând astfel o peliculă conductivă PT la anod . Polimerizarea electrochimică este interesantă, deoarece polimerul nu trebuie izolat și apoi purificat, dar produce structuri cu grade diferite de nereguli structurale, cum ar fi reticularea .
Așa cum se arată în Figura 4, oxidarea unui monomer produce un radical cationic , care poate fi asociat cu un al doilea radical cationic pentru a forma un dimer de dicare sau cu un alt monomer pentru a produce un dimer radical cationic. Multe tehnici, cum ar fi microscopia video in situ , voltametria ciclică , spectroscopia cu fotocurent sau măsurătorile electrochimice prin microbalanță de cuarț , au fost utilizate pentru a înțelege mecanismele de nucleație și creștere care conduc la depunerea polimerului pe polimer. Depunerea lanțurilor lungi, bine ordonate pe suprafața electrodului este urmată de creșterea lanțurilor lungi și flexibile sau mai scurte și mai reticulate, în funcție de condițiile de polimerizare.
Calitatea unui film PT preparat electrochimic depinde de mulți factori. Aceasta include materialul electrodului, densitatea, temperatura, solventul, electrolitul, prezența apei și concentrația monomerului. Alți doi factori importanți, dar care interacționează, sunt structura monomerului și potențialul aplicat. Potențialul necesar pentru oxidarea monomerului depinde de densitatea electronilor din sistemul p al inelului tiofen. Grupurile donatoare de electroni scad potențialul de oxidare, grupurile acceptoare îl cresc. Ca rezultat, 3-metiltiofenul polimerizează în tetonrafluoroborat de acetonitril și tetrabutilamoniu la un potențial de aproximativ 1,5 V cu un electrod saturat de calomel (ECS), în timp ce tiofenul nesubstituit polimerizează la aproximativ 1,7 V cu apă caldă menajeră.
Sterice care rezultă din adăugarea la α-carbon al unei tri-substituit tiofen inhibă polimerizarea. Această observație duce la fenomenul numit „paradoxul politiofenului”: potențialul de oxidare al multor monomeri tiofenici este mai mare decât potențialul de oxidare al polimerului rezultat. Cu alte cuvinte, polimerul poate fi oxidat ireversibil și se descompune la o rată comparabilă cu polimerizarea monomerului corespunzător . Acesta rămâne unul dintre defectele majore ale polimerizării electrochimice și limitează aplicarea acestuia pentru mulți monomeri tiofenici cu grupări laterale complexe.
Sinteza chimică a PT are două avantaje în comparație cu calea electrochimică: o mai bună selecție a monomerilor și, prin utilizarea catalizatorilor adecvați, posibilitatea producerii de PT substituite perfect regoregulare. Când PT-urile ar fi putut fi sintetizate chimic din întâmplare cu peste un secol în urmă, primele sinteze planificate folosind polimerizarea catalizată de metal a 2,5-dibromotiofenului au fost raportate independent de două grupuri în 1980. Yamamoto și colab. a utilizat magneziu în tetrahidrofuran (THF) și diclorură de nichel-bipiridină, analog cuplajului Kumada al reactivilor Grignard pentru halogenurile de arii. Lin și Dudek au folosit, de asemenea, magneziu în THF, dar cu o serie de catalizatori de acetilacetonat (Pd (acac) 2 , Ni (acac) 2 , Co (acac) 2 și Fe (acac) 3 ).
Dezvoltările ulterioare au produs PT-uri cu masă molară mai mare decât cele din lucrarea inițială și pot fi grupate în două categorii pe baza structurilor lor. PT-urile regoregulare pot fi sintetizate prin reacții catalizate de cuplare încrucișată ale bromotiofenului, în timp ce polimerii cu grade diferite de regioselectivitate pot fi sintetizați simplu prin polimerizare oxidativă.
Prima sinteză a PAT regoregulară a fost descrisă de McCullough și colab. în 1992. Așa cum se arată în Figura 5 (sus), un produs de bromurare selectiv 2-brom-3-alchiltiofen, urmat de o transmetalizare urmată de o cuplare încrucișată Kumada în prezența nichelului ca catalizator. Această metodă produce aproximativ 100% cuplaje HT - HT, conform analizei spectroscopice RMN a diadelor. În metoda descrisă mai târziu de Rieke și colab. în 1993, 2,5-dibromo-3-alchiltiofenul a fost tratat cu „zinc Rieke” foarte reactiv pentru a forma un amestec de izomeri organometalici (figura 5, jos). Adăugarea unei cantități catalitice de Pd (PPh 3 ) 4 produce un polimer regio-aleatoriu, dar tratamentul cu Ni ( dppe ) Cl 2 produce PAT regio-regulat cu randament cantitativ.
Pentru ca metodele McCullough și Rieke să producă PATuri omogene din punct de vedere structural, acestea necesită temperaturi scăzute, deshidratare și dezoxigenare atentă și monomeri bromurați. În schimb, polimerizarea oxidativă a tiofenelor folosind clorură ferică descrisă de Sugimoto în 1986 poate fi efectuată la temperatura camerei în condiții mai puțin solicitante. Această metodă s-a dovedit a fi extrem de „populară”. Astfel, acoperirea antistatic „ Baytron P “ ( Arhiva • Wikiwix • archive.is • Google • Ce să faci? ) (Accesat 1 st aprilie 2013 ) de HC Stark este preparat pe scară industrială folosind clorură ferică ( a se vedea mai jos de mai jos ) .
Multe studii au fost efectuate în încercarea de a crește randamentul și calitatea produsului obținut prin tehnica de polimerizare oxidativă. În plus față de clorura ferică, alți agenți oxidanți, cum ar fi clorura ferică hidratată, perclorat de cupru și perclorat de fier, au fost folosiți cu succes pentru polimerizarea 2,2'-bitiofenului. Adăugarea lentă de clorură ferică la soluția de monomer produce poli (3- (4-octilfenil) tiofen) cu aproximativ 94% H - T. Precipitarea clorurii ferice in situ (pentru a maximiza suprafața reacției catalizatorului) oferă randamente și conversii de monomeri semnificativ mai mari decât adăugarea directă a monomerului la catalizatorul cristalin. Masele molare mai mari au fost obținute atunci când aerul uscat a fost "barbotat" în amestecul de reacție în timpul polimerizării. O extracție Soxhlet completă după polimerizare cu solvenți polari face posibilă fracționarea eficientă a polimerului și îndepărtarea catalizatorului rezidual înainte de spectroscopia RMN. Utilizarea unui raport mai mic catalizator / monomer (2/1, în loc de 4/1) poate crește regularitatea poli (3-dodeciltiofenului). Andreani și colab. au raportat producții mai mari pentru poli (dialchiltertiofen) solubil în tetraclorură de carbon decât în cloroform, pe care le atribuie stabilității speciilor radicale în tetraclorură de carbon. S-a demonstrat că un catalizator de calitate superioară, adăugat la o rată mai mică și la o temperatură redusă, produce PAT de masă molară mai mare fără reziduuri polimerice insolubile. Laakso și colab. a folosit un design experimental pentru a determina că creșterea raportului catalizator / monomer crește randamentul poli (3-octiltiofen) și a raportat că un timp mai lung de polimerizare crește randamentul.
Mecanismul polimerizării oxidative folosind clorură ferică a fost controversat. Sugimoto și colab. nu au speculat niciun mecanism în publicația lor din 1986. În 1992, Niemi și colab. a propus un mecanism radical, prezentat în figura 6 (sus).
Ei și-au bazat mecanismul pe două afirmații. În primul rând, deoarece au observat polimerizarea numai în solvenți în care catalizatorul este fie parțial sau complet insolubil (cloroform, toluen , tetraclorură de carbon, pentan și hexan și nu în dietil eter , xilen , acetonă sau acid formic ), au ajuns la concluzia că locurile active de polimerizare trebuie amplasate pe suprafața clorurii ferice solide. Așa că au exclus posibilitățile ca doi cationi radicali să reacționeze unul cu celălalt sau doi radicali care reacționează unul cu celălalt, "deoarece ionii de clorură de pe suprafața cristalului ar împiedica ocuparea cationilor radicali sau a radicalilor. Poziții compatibile cu dimerizarea" . În al doilea rând, pentru utilizarea 3-metiltiofenului ca prototip de monomer, au efectuat calcule în mecanica cuantică pentru a determina energiile și sarcinile atomice totale pe atomii de carbon pe cele patru specii posibile de polimerizare (3-metiltofen neutru, radical cationic, radical pe carbon 2 și radical pe carbon 5).
Deoarece cel mai negativ carbon al 3-metiltiofenului este carbonul 2, iar carbonul cu cea mai mare populație de electroni impari din cationul radical este, de asemenea, carbonul 2, au ajuns la concluzia că mecanismul cationic radical ar duce în principal la legături 2-2, H - H . Ulterior au calculat că energiile totale ale speciilor cu radicali pe carbonii 2 și 5 și au constatat că acestea din urmă erau mai stabile cu 1,5 kJ / mol. Prin urmare, radicalul mai stabil ar putea reacționa cu specia neutră, formând cuplaje cap-coadă așa cum se arată în Figura 6 (sus).
Andersson și colab. au propus un mecanism alternativ în timpul studiilor lor de polimerizare a 3- (4-octilfenil) tiofenului cu clorură ferică, în care au obținut un grad ridicat de regularitate atunci când catalizatorul a fost adăugat încet la soluția de monomer. Au ajuns la concluzia că, având în vedere selectivitatea cuplajelor și condițiile puternice de oxidare, reacția ar putea avea loc printr- un mecanism cu carbocație (vezi figura 6, mijloc).
Mecanismul radical a fost direct concurat într-o lucrare scurtă în 1995, când Olinga și François au observat că tiofenul ar putea fi polimerizat de clorură ferică în acetonitril, un solvent în care catalizatorul este complet solubil. Analiza lor a cineticii polimerizării tiofenului părea, de asemenea, să contrazică previziunile unui mecanism de polimerizare radicală. Barbarella și colab. a studiat, de asemenea, oligomerizarea 3- (alchilsulfanil) tiofen și a concluzionat din calculele lor de chimie cuantică și din considerații privind stabilitatea indusă a cationului radical atunci când este delocalizat pe un oligomer plan conjugat, că un mecanism de cation radical A analog cu acela general acceptat pentru polimerizarea electrochimică a fost mai probabil (Figura 6, jos). Având în vedere dificultatea de a studia un sistem cu un catalizator eterogen puternic oxidant, ceea ce face dificilă caracterizarea polimerilor rigizi, mecanismul polimerizării oxidative nu a fost încă determinat. Cu toate acestea, mecanismul cationic radical prezentat în Figura 6 este acceptat în mod obișnuit ca cea mai probabilă cale de sinteză a PT.
Au fost propuse multe aplicații pentru PT conductoare; în special tranzistoare cu efect de câmp , compuși electroluminiscenți , celule fotovoltaice , filme fotochimice , materiale optice neliniare , baterii electrice și diode . În general, pot fi luate în considerare două categorii de aplicații pentru polimerii conductivi. Aplicațiile statice se bazează pe conductivitatea electrică intrinsecă a materialelor, combinată cu ușurința procesării și proprietățile comune polimerilor. Aplicațiile dinamice utilizează modificări ale proprietăților optice și de conducere datorate fie aplicării potențialelor electrice, fie stimulilor de mediu.
Ca exemplu de aplicare statică, putem cita Baytron P pe bază de poli (3,4-etilendioxitiofen) - poli (stiren sulfonat) ( PEDOT: PSS ) (figura 7), utilizat pe scară largă ca strat antistatic (ca material de ambalare) pentru componente electronice, de exemplu). AGFA acoperă astfel 200 × 10 m de film fotografic cu Baytron datorită proprietăților sale antistatice . Stratul subțire de Baytron, a priori transparent și incolor, previne descărcările electrostatice în timpul derulării filmului și reduce depunerea prafului asupra negativelor după tratament.
PEDOT poate fi, de asemenea, utilizat în aplicații dinamice atunci când se aplică un potențial pe pelicula de polimer. Proprietățile electrochimice ale PEDOT sunt utilizate pentru a produce ochelari și oglinzi care pot deveni opace sau reflectorizante la aplicarea unui curent electric. Aplicarea pe scară largă a ferestrelor electrocromice ar putea economisi miliarde de dolari pe an în costurile aerului condiționat . În cele din urmă, Phillips a lansat un telefon mobil cu o oglindă orientabilă electric PEDOT ( " Imagine " ( Arhiva • Wikiwix • archive.is • Google • Ce să fac? ) (Accesat pe 1 st aprilie 2013 ) ).
În domeniul celulelor fotovoltaice polimerice , sunt studiate în mod activ structurile bazate pe PT ca donatori de electroni (tip p ) și fullereni ca acceptori de electroni (tip n ). O joncțiune PEDOT: PSS / C 60poate face truc, dar joncțiunile P3HT / PCBM sunt de departe cele mai promițătoare.
Utilizarea PT ca senzori care răspund unui analit a fost, de asemenea, subiectul unor cercetări intense. În plus față de aplicațiile senzorilor biologici , PT-urile pot fi, de asemenea, funcționalizate cu receptori sintetici pentru a detecta ioni metalici sau molecule chirale . PT cu lanțuri laterale sau principale care formează eteri de coroană au fost raportate în 1993 de către echipele de cercetare ale Bäuerle și respectiv Swager (Figura 8). Filmele subțiri polimerizate electrochimic de PT cu eterul coroanei laterale ale lui Bäuerle au fost expuse la concentrații milimolare de cationi alcali (Li, Na și K). Curentul care trece prin film la potențial fix scade drastic în soluțiile de ioni de litiu , cu atât mai puțin pentru soluțiile de ioni de sodiu și slab pentru soluțiile de ioni de potasiu . Eterele principale ale coroanei lanțului Swager au fost preparate prin cuplare chimică și caracterizate prin spectroscopie de absorbție . Adăugarea acelorași cationi alcalini duce la schimbări de absorbție de 46 nm (Li), 91 nm (Na) și 22 nm (K). Amplitudinea deplasărilor corespunde afinităților legăturii ionice ale eterilor coroanei corespunzătoare, rezultate dintr-o răsucire a lanțului de polimer conjugat indus de legătura ionică.
În timpul studiilor lor asupra proprietăților optice ale PT-urilor chirale, Yashima și Goto au descoperit că un PT cu o amină primară chirală (Figura 9) a fost sensibil la amino alcooli chirali, producând împărțirea imaginii în oglindă în imaginile de răspuns. ICD în regiunea de tranziție p. Acesta a fost primul exemplu de recunoaștere chirală de către PT folosind o metodă de detectare chirală ( spectroscopie DC ). Acest lucru îl deosebește de munca efectuată anterior de Lemaire și colab. care a folosit o metodă achirală de detectare ( voltametrie ciclică ) pentru a detecta încorporarea dopanților anionici chirali într-un PT chiral polimerizat electrochimic.
