Струмопровідні органічні полімерні матеріали для радіоелектроніки Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

II 1нтернет-конференц1я «Проблеми бгомедичног ¡нженери»

УДК 621.38.001.66(031)

СТРУМОПРОВ1ДН1 ОРГАН1ЧН1 ПОЛ1МЕРН1 МАТЕР1АЛИ ДЛЯ

РАД1ОЕЛЕКТРОН1КИ

к.т.н. Л.1. Панов, А.В. 1ванщев Одеський нацiональний полгтехшчний унiверситет Укра1на, м. Одеса

CONDUCTIBLE ORGANIC POLYMERIC MATERIALS FOR RADIO

ELECTRONICS d.ph. L.I. Panov, A.V. Ivanishchev Odesa National Polytechnic University, Ukraine, Odesa

Розглянуто питання про Х1м1чн1 та електрох1М1чн1 методы синтезу, використання катал1затор1в як альтернативу х1м1чному синтезу, властивост1 струмопров1дних пол1мер1в.

Ключовi слова: синтез, пол1мери, пров1дники, структура.

Considered chemical and electrochemical synthesis methods, use of catalysts as an alternative to chemical synthesis, and properties of conductive polymers.

Keywords: synthesis, polymers, conductors, structure.

Електропровщш полiмери e новим класом матерiалiв, як з'явилися nopiBMHO недавно. Останшм часом цей напрямок пoлiмеpнol xiMii CTpiMKO розвиваеться. Використання пoлiмеpних матеpiалiв у якост носив електропровщних напoвнювачiв вiдoмo вже давно. Традицшш електpoпpoвiднi пoлiмеpнi матеpiали представляють собою композици на ocнoвi piзнoманiтних пoлiмеpiв (термо- й pеактoплаcтiв) i електpoпpoвiдних напoвнювачiв (сажа, гpафiт, вуглецев^ металевi та металiзoванi волокна, металева пудра),

II 1нтернет-конференц1я «Проблеми бюмедично! ¡нженери» застосовуються в антистатичних виробах, електромагнггних захисних покриттях, високоомних резисторах, електричних неметалевих нагрiвачах i струмопровiдних лаках. Проте сьогодш з'явилися новi матерiали, в яких електропровщнють мають вже самi макромолекули або певним чином побудоваш надмолекулярнi утворення, так званi «супрамолекули» - асоцiати, що включають у свою структуру як оргатчш макромолекули, так i неорганiчнi iони.

Як правило, електропровщш полiмери синтезують хiмiчним та електрохiмiчним способами. Електрохiмiчна полiмеризацiя мономерiв вщбуваеться без додавання хiмiчних окисникiв, що не обмежуеться наявнютю електропровщно! пiдкладки та 11 розмiрами. Хiмiчне окислення е досить простим методом отримання електропровiдних полiмерiв, при якому використовують мiцнi окислювачi, таю як персульфат амошю, солi юшв трьохвалентного залiза, бiхромати, перманганати в кшькостях, порiвнянних або багаторазово перевищуючих концентраци мономерiв, якi оброблюються. Отримаш таким чином електропровiднi полiмери мають вкрай низьку розчиннють у бшьшост вiдомих органiчних та неорганiчних розчинниюв i поганi експлуатацiйнi характеристики. Для подолання цього недолжу використовують рiзнi пiдходи, такi як проведення синтезу в мщелярних розчинах, мiжфазову полiмеризацiю, нейтральнi розчиннi полiмернi стабiлiзатори та полюульфокислоти. Полiсульфокислоти, а також мщелоутвореш гiдрофобнi сульфокислоти та 1х солi використовуються при проведеннi матричного синтезу електропровщних полiмерiв для отримання водних дисперсш наночастинок полiмерiв. Iнодi в якост допанта використовують ж кислоти Лью1са.

Використання каталiзаторiв для синтезу електропровщних полiмерiв е альтернативою хiмiчному синтезу, викликае посилений iнтерес, тому що дозволяе проводити процес окисно! полiмеризацil в екологiчно чистих i

II 1нтернет-конференц1я «Проблеми бюмедичног ¡нженерИ» вщносно м'яких умовах (у водних розчинах, при юмнатнш температур^ атмосферному тиску та слабокислих значеннях pH реакцшного середовища) без утворення велико1 юлькоси токсичних побiчних продуктiв, дозволяе отримувати полiмер, не забруднений продуктами розкладання окислювача. Таким чином, цей пщхщ багато в чому вiдповiдае вимогам «зелено1» хiмiï.

Пiд структурою полiмерiв розумiють взаемне розташування в просторi макромолекул, що утворюють полiмер. Залежно вiд надмолекулярноï будови полiмерiв, обумовленоï просторовим розташуванням макромолекул, розрiзняють аморфш та кристалiчнi полiмери.

Полiмери кристалiчноï структури мають пiдвищену теплостiйкiсть, високу мщнють, жорсткiсть, щiльнiсть, низьку еластичнють, здатнiсть до деформацiй, низьке поверхневе тертя, шдвищену хiмiостiйкiсть та високу усадку.

Полiмери аморфноï структури мають однаковi фiзико-механiчнi властивостi у в^х напрямках i характеризуються низькою усадкою при лиги, прозорiстю, середньою хiмiостiйкiстю.

Основними параметрами, що характеризують електропровщш властивостi полiмерних матерiалiв, е питомий об'емний (р v ) i питомий поверхневий (р s ) опiр, а також зворотнi величини: питома об'емна i поверхнева провщнють оv, оs. Одиницi вимiру Ом-м (Ом-см) i Ом / м (Ом / см), вщповщно. Важливою характеристикою електропровщних властивостей е рухливють носив заряду Величина ^ в нашвпровщникових полiмерах зазвичай е дуже низькою 10 3 - 10 1 см2 (В-с) 1 i не може бути вимiряною методом ефекту Холла. У якост наповнювачiв використовують технiчний вуглець (сажу), графи; дрiбнодисперснi частинки металiв або 1'х оксидiв. Органiчнi напiвпровiдники зазвичай характеризуються магнiтною проникнiстю, властивою для парамагштних речовин.

II 1нтернет-конференц1я «Проблеми бгомедичног ¡нженери»

Метою багатьох практичних розроблень на ocнoвi провщних пoлiмеpiв була комбшащя !х електричних i оптичних властивостей натвпровщника або металу з механiчними властивостями (легюсть i плаcтичнicть), i3 перевагами, пов'язаними з бшьш простою технолопею приготування (низька температура приготування i як результат - бiльш дешева сировина). 1ншою важливою ocoбливicтю е здатнють пoлiмеpiв змiнювати сво! властивост при змiнi piвня легування. Все це спонукае чимало електронних фipм вкладати кошти у вiдпoвiднi розробки.

Ниш струмопровщш пoлiмеpи знайшли практиче застосування у виpoбництвi акумуляторних батарей, пoлiмеpних cтpумoпpoвiдних плiвoк в оптично керованих приладах, сенсорних пpиладiв, побутово! технiки, адитивних друкованих плат. Також розроблеш пiдcвiченi дopoжнi знаки, плоск диспле! в piзних приладах. Найближчим часом, мабуть, стануть реальшстю плосю ТБ екрани на ocнoвi пoлiмеpних LED, внутpiшнi cтiни пpимiщень, що cвiтятьcя бiлим cвiтлoм, i багато шшого.

Синтез i вивчення нових струмопровщних пoлiмеpних сполук - пopiвнянo молодий i прогресивний напрямок дослщжень, що перебувае на стику piзних галузей хiмil (кoopдинацiйна хiмiя, електpoхiмiя, opганiчна хiмiя, каталiз, хiмiя твердого тша) та фiзики (теopiя провщност^ фiзика твердого тiла, оптика). Сучасний стан даного наукового напрямку можна охарактеризувати як перюд iнтенcивнoгo накопичення шформаци про нoвi пoлiмеpнi матеpiали, !х влаcтивocтi та способи застосування, перюд створення модельних пристро!в. У результат цих пoшукiв синтезовано велику кшьюсть opганiчних пpoвiдникiв i надпровщниюв. Назвемо деякi надпpoвiдники: надпpoвiдний пoлiмеp (SN)n з критичною температурою Tc = 1 К (квазioднoмipний надпpoвiдник), двoвимipнi opганiчнi надпpoвiдники, наприклад, тетраметил-тетраселенофульвалену-гексафторфосфату типу (TMTSF)2(PF)6 з Tc = 1,2 К.

II Ытернет-конференщя «Проблеми бюмедичног тженери» Головний недолш сучасних оргашчних натвпровщниюв - проведення тшьки позитивних зарядiв, так званих дiрок (pyxoMi мiсця, де вщсутш електрони). В останне десяташття було отримано кiлька opганiчниx матеpiалiв, здатних проводити тiльки електрони. Але створення робочого оргашчного електричного кола мае на ув^ ретельне покриття одного матеpiалy iншим (з дipкoвoю та електронною пpoвiднiстю).

Отже, подальший розвиток xiми стpyмoпpoвiдниx пoлiмеpниx матеpiалiв призведе до появи на !х oснoвi принципово нових промислових електронних та оптоелектронних систем. А сполучення таких пoлiмеpниx кoмпoзитiв iз технолопею поверхневого монтажу РЕА вiдкpивае нoвi шиpoкi перспективи створення адитивно!' пoлiмеpнol технологи виробництва друкованих плат, електронних компоненпв, сучасно!' впчизняно!' конкурентоспроможно!' електронно! апаратури, може стати основою п'ято!' революци в електpoнiцi.

ЛШература

1. Shirakawa H., Louis E.J., MacDiarmidA.G. Synthesis of Electrically Conducting Organic Polymers: Halogen Derivatives of Polyacetylene, (CHX) // J. Chem. Soc., Chem. Comm. 1977. № 16. - P. 578-580.

2. http://femto.com.ua/articles/part_2/2659.html Органические сверхпроводники.

3. Оджаев В.Б., Попок В.Н., Азарко И.И.. Физика электропроводящих полимеров. Мн. БГУ, 2000.

4. Грачев А.О., Лега Ю.Г., Мельник А.А., Панов Л.1. Конструювання i виробництво електронно'1 апаратури на основi поверхневого монтажу: навч. поаб.- Черкаси, ЧДТУ, 2011.- 495 с.

5. Charge Transfer in Polymeric Systems // Faraday Discussions of the Chemical Society. 1989. Vol. 88.