صفحه چکیده

 

1 فصل اول: کلیات پژوهش

 

2 1-1- مکانیسم رسانایی

 

5 1-2- دوپه­شدن وانواع آن

 

6 1-2-1- دوپه­شدن شیمیایی

 

6 1-2-2- دوپه­شدن الكتروشیمیایی

 

6 1-2-3- دوپه­شدن نوری

 

7 1-3- ویژگی­های جدید و تكنولوژی­های جدید

 

8 1-4- پلی)3-متیل­تیوفن(

 

9 1-4-1- سنتز شیمیایی پلی­آلکیل­تیوفن­ها (PAThs)

 

11 1-4-1-1- سنتز با كاتالیزگرهای فلزی

 

12 1-4-1-2- سنتز با FeCl3

 

12 1-4-2- سنتز الكتروشیمیایی

 

14 1-4-3- انواع اتصالات مونومری

 

15 1-5- پلیمری­شدن امولسیونی

 

18 1-5-1- تئوری

 

20 1-5-2- فرایندها

 

22 1-5-3- آغازگرها

 

22 1-5-4- سورفكتانت‌ها

 

22 1-5-5- انواع مختلف تکنیک­های امولسیونی

 

23 1-5-5-1- مینی­امولسیونی

 

23 1-5-5-2- میكروامولیسونی

 

24 1-5-5-3- امولیسون وارونه

 

25 1-6- نانوتكنولوژی

 

26 1-6-1- نانوكامپوزیت­ها

 

26 1-6-2- نانوكامپوزیت­های هسته- پوسته

 

28 1-7- نانوسیلیکا

 

28 فصل دوم: ی بر پژوهش­های انجام شده

 

30 2-1- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوکامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)

 

30 2-2- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوكامپوزیت­های پلیمرهای رسانا/SiO2

 

35 2-3- پژوهش‌های اخیر پیرامون به كاربردن تكنیک امولسیون­ وارونه برای سنتز پلیمرهای رسانا

 

37 2-4- هدف از پژوهش

 

39 فصل سوم: مواد و روش­ها

 

41 3-1- مواد شیمیایی

 

41 3-2- دستگاهوری

 

42 3-3- سنتز نمونه­ شاهد: پلی(3-متیل­تیوفن) خالص P3MTh /SDBS/TOL

 

43 3-4- سنتز نانوكامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)/ SiO2با سورفكتانت­های مختلف

 

43 فصل چهارم: نتایج و بحث

 

44 4-1- بررسی نمونه شاهد: پلی(3- متیل­تیوفن) خالص P3MTh/SDBS/TOL

 

44 4-2- بررسی نانوذره­ی سیلسیم­دی­اكسید

 

47 4-3- بررسی نانوكامپوزیتP3MTh/SiO2/SDBS/TOL

 

48 4-4- بررسی نانوكامپوزیت SPSS/TOL/P3MTh/SiO2

 

52 4-5- نتیجه ­گیری: مقایسه­ نتایج با یکدیگر

 

56 فهرست منابع

 

63 پیوست: واژه­نامه فارسی- انگلیسی

 

 

 

71 چکیده انگلیسی

 

79

فصل اول
کلیات پژوهش
بسیاری از پلیمرهایی كه در گذشته مورد استفاده قرارمی‌گرفتند پلاستیك‌ها بودند. ویژگی­های این پلیمرها با فلزات تفاوت‌های بسیاری دارد و این پلیمرها رسانای ­جریان ­الكتریكی نمی‌باشند. بنابراین تا مدت­ها تصور بر این بود که پلیمرها نارسانا هستند­ تا اینكه آلن­جی­هیگر، آلن­جی­مك­دیارمید و هیدكی­شیراكاوا این نگرش را با كشف پلیمرهای رسانا تغییر دادند. پلی­استیلن یک پودر سیاه رنگ است كه در سال 1974 به صورت یک فیلم نقره‌ای توسط شیراكاوا و همكارانش از استیلن با بهره گرفتن از یک كاتالیزگر زیگلر- ناتا تهیه شد اما این پلیمر برخلاف ظاهر فلز مانندش رسانای جریان الكتریسیته نبود. در سال 1977 شیراكاوا، مك­دیارمید و هیگر متوجه شدند كه بوسیله‌ی اكسید­كردن پلی­استیلن با بخار كلر، برم یا ید فیلم‌های پلی­استیلن تا 109 برابر رساناتر می‌شوند (شیراکاوا وهمکاران، 1977). این واكنش با هالوژن‌ها به دلیل شباهت با فرایند دوپه­شدن نیمه­رساناها دوپینگ نامیده­ شد. قدرت رسانایی فرم دوپه­شده‌ی پلی­استیلن S.m-1105 بود كه بالاتر از پلیمرهای شناخته شده‌ی قبلی قرار داشت. سرانجام در سال 2000 جایزه­ی نوبل شیمی به آن­ها به خاطر كشف پلیمرهای رسانا اهدا­­ شد. این اكتشاف باعث شد دانشمندان توانایی تركیب ویژگی­های نوری و الكترونیكی نیمه­رساناها و فلزات را با ویژگی­های مكانیكی و فرایندپذیری آسان پلیمرها پیدا كنند. بنابراین توجه بسیاری از پژوهشگران به این زمینه جلب و این امر باعث رشد سریع و چشمگیر آن شد. مزایای استفاده از پلیمرهای­ رسانا در وزن كم، ارزان­ بودن و از همه مهمتر فرایندپذیریِ آسان آن‌ هاست. رسانایی الكتریكی این مواد حدواسط بین نیمه­رساناها و فلزات می‌باشد. شکل (1-1) این محدوده را نشان می­دهد.
در واقع پلیمرهای ­رسانا، پلیمرهایی هستند كه بدون افزایش مواد رسانای معدنی قابلیت رسانایی جریان الكتریسیته را دارند (سیتارام و همکاران، 1977). همانگونه که در شکل (1-2) نشان­داده شده از جمله مهمترین این پلیمرها پلی­استیلن(PA) ، پلی­پارافنیلن (PP)، پلی­آنیلین (PANI)، پلی­پایرول (PPy)، پلی­تیوفن (PTh) و مشتقات آن‌ ها می‌باشند (کمپبل و همکاران، 1977).
یک ویژگی كلیدی و مهم پلیمرهای رسانا حضور پیوندهای دوگانه مزدوج در طول زنجیر پلیمر است. در مولكول‌های مزدوج پیوندهای بین اتم‌های كربن به صورت یک در میان یگانه و دوگانه هستند. در این مولكول‌ها هر پیوند یک­گانه شامل یک پیوند سیگمای (σ) مستقر كه از یک پیوند شیمیایی قوی ساخته شده است می‌باشد علاوه بر این هر پیوند دوگانه شامل یک پیوند π غیرمستقر ضعیف‌تر هم هست است اما مزدوج بودن برای رسانایی این پلیمرها كافی نیست و دوپه­شدن این پلیمرها نیز برای رسانا كردن آن‌ ها لازم است.
امروزه این پلاستیك‌های رسانا در صنایع مختلفی مانند پوشش‌های ضد خوردگی، سوپرخازن‌ها، پوشش‌های آنتی­استاتیک و پنجره‌های هوشمند كه مقادیر مختلف نور را از خود عبور می‌دهند مورد استفاده قرارمی‌گیرند. نسل دوم پلیمرهای رسانا در زمینه‌هایی مانند ترانزیستورها، دیودهای نشركننده‌ی نور، نمایشگرهای تلویزیونی مسطح و سلول‌های خورشیدی و غیره به كار می‌روند.

• مكانیسم رسانایی

الكترون‌های غیرمستقر در ساختار پلیمرهای­ رسانای مزدوج از طریق همپوشانی اوربیتال‌های π باعث ایجاد یک سیستم π پیوسته در طول زنجیر پلیمری با یک نوار ظرفیتی پر می‌شوند. بوسیله‌ی حذف الكترون‌ها از این سیستم π (p-doping) و با افزایش الكترون‌ها به آن (n-doping) یک واحد باردار به نام بای­پلارون ایجاد می‌شود. شکل (1-3) دوپینگ نوع P زنجیر پلی­تیوفن را نشان می­دهد.
) بای­پلارون تولید می­ کند (ویکی­پدیا). p شكل (1-3) گرفتن دو الکترون از زنجیر پلی­تیوفن (دوپینگ نوع
بای­پلارون ایجاد شده در طول زنجیر پلیمری حركت می‌كند و این امر باعث رسانایی جریان الكتریسیته در پلیمرها می‌شود. معمولاً دوپه­شدن در پلیمرهای ­رسانا در سطوح بالاتری (%40-20) نسبت به نیمه­رساناها (%1<) انجام می‌شود. برای تعدادی از نمونه‌های پلی­(3-­دودسیل­تیوفن) دوپه­شده رسانایی S.cm-1 1000 مشاهده شده ­است (در مقایسه رسانایی مس تقریباًٌ S.cm-1 105×5 می‌باشد). عموماً رسانایی PThها كمتر از S.cm-1 1000 می‌باشد اما رسانایی بالا برای بسیاری از كاربردهای پلیمرهای رسانا لازم نیست (ماستاراگوستینو و سودو1990؛ احمد و مک­دیارمید، 1996).

• دوپه­شدن و انواع آن

تزریق بار به زنجیر پلیمرهای ­رسانا (دوپه­شدن) منجر به پدیده‌های مهم و قابل­توجه بسیاری می‌شود (هیگر، 2001).
1-2-1- دوپه­شدن شیمیایی
دوپه­شدن شیمیایی پلیمرهای ­رسانا شامل انتقال بار شیمیایی (اكسیداسیون (p-type doping)، كاهش (n-typedoping)) بوسیله­ یک اکسنده خارجی می­باشد که در شکل (1-4) نشان­داده شده­ است (شیراکاوا و همکاران، 1977؛ چیانگ و همکاران، 1977؛ چیانگ و همکاران، 1978).
شکل(1-4) دوپه­شدن شیمیایی(هیگر، 2001).
وقتی سطح دوپه­شدن به مقدار كافی بالا باشد ساختار الكترونیكی این پلیمرها مشابه فلزات می‌شود (هیگر، 2001).
1-2-2- دوپه­شدن الكتروشیمیایی