پايان ­نامه كارشناسي ارشد رشته شيمي آلي M.Sc

 عنوان

سنتز شيميايي و شناسايي نانو­كامپوزيت­هاي پلي(۳-متيل­تيوفن)/ SiO₂ به روش امولسيون وارونه

 استاد راهنما

دكتر حسين بهنيافر

استاد مشاور

دكتر حمزه كياني

تكه هايي از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب

فصل اول
كليات پژوهش
بسياري از پليمرهايي كه در گذشته مورد استفاده قرارمي‌گرفتند پلاستيك‌ها بودند. ويژگي­هاي اين پليمرها با فلزات تفاوت‌هاي بسياري دارد و اين پليمرها رساناي ­جريان ­الكتريكي نمي‌باشند. بنابراين تا مدت­ها تصور بر اين بود كه پليمرها نارسانا هستند­ تا اينكه آلن­جي­هيگر^[۱]، آلن­جي­مك­ديارميد^[۲] و هيدكي­شيراكاوا^[۳] اين نگرش را با كشف پليمرهاي رسانا تغيير دادند. پلي­استيلن^[۴] يك پودر سياه رنگ است كه در سال ۱۹۷۴ به صورت يك فيلم نقره‌اي توسط شيراكاوا و همكارانش از استيلن با بهره گرفتن از يك كاتاليزگر زيگلر- ناتا^[۵] تهيه شد اما اين پليمر برخلاف ظاهر فلز مانندش رساناي جريان الكتريسيته نبود. در سال ۱۹۷۷ شيراكاوا، مك­ديارميد و هيگر متوجه شدند كه بوسيله‌ي اكسيد­كردن پلي­استيلن با بخار كلر^[۶]، برم^[۷] يا يد ^[۸]فيلم‌هاي پلي­استيلن تا ۱۰^۹ برابر رساناتر مي‌شوند (شيراكاوا وهمكاران، ۱۹۷۷). اين واكنش با هالوژن‌ها به دليل شباهت با فرآيند دوپه­شدن نيمه­رساناها دوپينگ ناميده­ شد. قدرت رسانايي فرم دوپه­شده‌ي پلي­استيلن S.m^-110⁵ بود كه بالاتر از پليمرهاي شناخته شده‌ي قبلي قرار داشت. سرانجام در سال ۲۰۰۰ جايزه­ي نوبل شيمي به آن­ها به خاطر كشف پليمرهاي رسانا اهدا­­ شد. اين اكتشاف باعث شد دانشمندان توانايي تركيب ويژگي­هاي نوري و الكترونيكي نيمه­رساناها و فلزات را با ويژگي­هاي مكانيكي و فرآيندپذيري آسان پليمرها پيدا كنند. بنابراين توجه بسياري از پژوهشگران به اين زمينه جلب و اين امر باعث رشد سريع و چشمگير آن شد. مزاياي استفاده از پليمرهاي­ رسانا در وزن كم، ارزان­ بودن و از همه مهمتر فرآيندپذيريِ آسان آن‌هاست. رسانايي الكتريكي اين مواد حدواسط بين نيمه­رساناها و فلزات مي‌باشد. شكل (۱-۱) اين محدوده را نشان مي­دهد.
در واقع پليمرهاي ­رسانا، پليمرهايي هستند كه بدون افزايش مواد رساناي معدني قابليت رسانايي جريان الكتريسيته را دارند (سيتارام و همكاران^[۹]، ۱۹۷۷). همانگونه كه در شكل (۱-۲) نشان­داده شده از جمله مهمترين اين پليمرها پلي­استيلن(PA) ، پلي­پارافنيلن^[۱۰] (PP)، پلي­آنيلين^[۱۱] (PANI)، پلي­پايرول^[۱۲] (PPy)، پلي­تيوفن^[۱۳] (PTh) و مشتقات آن‌ها مي‌باشند (كمپبل و همكاران^[۱۴]، ۱۹۷۷).
يك ويژگي كليدي و مهم پليمرهاي رسانا حضور پيوندهاي دوگانه مزدوج در طول زنجير پليمر است. در مولكول‌هاي مزدوج پيوندهاي بين اتم‌هاي كربن به صورت يك در ميان يگانه و دوگانه هستند. در اين مولكول‌ها هر پيوند يك­گانه شامل يك پيوند سيگماي (σ) مستقر كه از يك پيوند شيميايي قوي ساخته شده است مي‌باشد علاوه بر اين هر پيوند دوگانه شامل يك پيوند π غيرمستقر ضعيف‌تر هم هست است اما مزدوج بودن براي رسانايي اين پليمرها كافي نيست و دوپه­شدن اين پليمرها نيز براي رسانا كردن آن‌ها لازم است.
امروزه اين پلاستيك‌هاي رسانا در صنايع مختلفي مانند پوشش‌هاي ضد خوردگي، سوپرخازن‌ها، پوشش‌هاي آنتي­استاتيك و پنجره‌هاي هوشمند كه مقادير مختلف نور را از خود عبور مي‌دهند مورد استفاده قرارمي‌گيرند. نسل دوم پليمرهاي رسانا در زمينه‌هايي مانند ترانزيستورها، ديودهاي نشركننده‌ي نور، نمايشگرهاي تلويزيوني مسطح و سلول‌هاي خورشيدي و غيره به كار مي‌روند.

• مكانيسم رسانايي

الكترون‌هاي غيرمستقر در ساختار پليمرهاي­ رساناي مزدوج از طريق همپوشاني اوربيتال‌هاي π باعث ايجاد يك سيستم π پيوسته در طول زنجير پليمري با يك نوار ظرفيتي پر مي‌شوند. بوسيله‌ي حذف الكترون‌ها از اين سيستم π (p-doping) و با افزايش الكترون‌ها به آن (n-doping) يك واحد باردار به نام باي­پلارون^[۱۵] ايجاد مي‌شود. شكل (۱-۳) دوپينگ نوع P زنجير پلي­تيوفن را نشان مي­دهد.
) باي­پلارون توليد مي­ كند (ويكي­پديا^[۱۶]). p شكل (۱-۳) گرفتن دو الكترون از زنجير پلي­تيوفن (دوپينگ نوع
باي­پلارون ايجاد شده در طول زنجير پليمري حركت مي‌كند و اين امر باعث رسانايي جريان الكتريسيته در پليمرها مي‌شود. معمولاً دوپه­شدن در پليمرهاي ­رسانا در سطوح بالاتري (%۴۰-۲۰) نسبت به نيمه­رساناها (%۱<) انجام مي‌شود. براي تعدادي از نمونه‌هاي پلي­(۳-­دودسيل­تيوفن)^[۱۷] دوپه­شده رسانايي S.cm^-1 1000 مشاهده شده ­است (در مقايسه رسانايي مس تقريباًٌ S.cm^-1 10⁵×۵ مي‌باشد). عموماً رسانايي PThها كمتر از S.cm^-1 1000 مي‌باشد اما رسانايي بالا براي بسياري از كاربردهاي پليمرهاي رسانا لازم نيست (ماستاراگوستينو^[۱۸] و سودو^[۱۹]۱۹۹۰؛ احمد^[۲۰] و مك­ديارميد، ۱۹۹۶).

• دوپه­شدن و انواع آن

تزريق بار به زنجير پليمرهاي ­رسانا (دوپه­شدن) منجر به پديده‌هاي مهم و قابل­توجه بسياري مي‌شود (هيگر، ۲۰۰۱).
۱-۲-۱- دوپه­شدن شيميايي
فونيك­اسيد^[۲۸]، نمك­سديم­دودسيل­بنزن­سولفونيك­اسيد^[۲۹]، نمك­سديم­بوتيل­نفتالن­سولفونيك­اسيد^[۳۰] و نمك­سديم­دي۲-اتيل­هگزيل­سولفوسوكسينيك­اسي