Polímeros Condutores

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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

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Definição e Histórico

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Definição

• “Metais sintéticos”

• Propriedades elétricas, magnéticas e óticas semelhantes

LANGIAN1, S. C. Estudo de Propriedades Térmicas e Mecânicas de Blendas de

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Hideki Shirakawa

Alan J.

Heeger _MacDiarmidAlan G.

• 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

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Mais estudado

Maior interesse

Histórico

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Teoria de Bandas

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• Teoria do orbital molecular

• Interação de orbitais entre “n” átomos

• Princípio de exclusão de Pauli

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Ef é é

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• Polímeros condutores são semicondutores

• Ligações conjugadas

• Dopagem

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• 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

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Polímeros Interpenetrados

– IPN’s

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 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

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• 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)

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Síntese da Polianilina

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• Poliacetileno: primeiro polímero condutor sintetizado, porém possui instabilidade térmica e ambiental e improcessabilidade.

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• Polianilina (PAni): possui estabilidade química de sua forma condutora em condições ambientais, facilidade de polimerização e dopagem e baixo custo do monômero.

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• 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

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• Síntese sobre a ação de um agente oxidante, persulfato de amônio - (NH₄)₂S₂O₈ – meio deve ter pH ≈ 1,0

• Outros agentes oxidantes

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• 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.

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• “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

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• 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)

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Aplicações:

OLED

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• 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)

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Substrato (plástico transparente, vidro, lâmina)

Ânodo (transparente)

Camada condutora (ex.: polianilina) Camada emissiva (ex.: polifluoreno) Cátodo

Anilina / Polianilina

Fluoreno / Polifluoreno

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Poly(2-decyloxy-1,4-phenylene) Polyquinoline Poly[(1,4-phenylene-1,2-diphenylvinylene)] BCHA-PPV MEH-PPV

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Comprimento de onda emitido

Poly(2-decyloxy-1,4-phenylene) Polyquinoline Poly[(1,4-phenylene-1,2-diphenylvinylene)] BCHA-PPV MEH-PPV

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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)

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(III) ,’-dicloro-p-xileno (I) poli(p-fenilenovinileno)

Síntese do PPV

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• Vantagens

– Fino, leve, flexível, brilhante, econômico e grande campo de visualização.

• Desvantagens

– Vida útil, fabricação e sensibilidade a água.

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• Polímeros dopados com Platina

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• OLED flexível e transparente.

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• TV OLED LG Curva no Brasil

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• TV OLED 56” Panasonic

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Aplicações:

Nariz e língua eletrônicos

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• 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

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• 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

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• Nariz eletrônico com 32 sensores

• Nariz Humano com 20 milhões de sensores.

• Mais utilizado Polianilina.

Nariz Eletrônico

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Calibração do aparelho

Head Space

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Caminho da amostra

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• Disco com polímeros. • Incham

• Alteram a condutividade • Apresenta o pico

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Análise de dados

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Representação de como os dados são convertidos em smellprint.

Nariz Eletrônico

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• 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

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Aplicações:

Biomedicina

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Configuração de um biossensor

Biossensores

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Representação do principio de funcionamento de

biossensores que empregam polímeros funcionalizados com DNA

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Esquema de funcionamento de um músculo artificial.

ESTÍMULO ELÉTRICO MOVIMENTO

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• Sustentação • Durabilidade • Rapidez

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• Liberadores de Fármacos • Membranas Seletivas

• Aparelhos de Aplicação Biomédica • Microbombas

• Microválvulas

• Superfícies Inteligentes

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• 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

Polímeros Condutores