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