ЭЛЕКТРОПРОВОДИМЫЕ ПОЛИМЕРЫ

1.8
(4)

Андросова Анна Александровна

 Научный руководитель: Авдулова Ирина Васильевна, преподаватель

ОБПОУ «Курский автотехнический колледж», г. Курск

Аннотация

В данной статье рассматривается история развития токопроводящих органических полимеров. Выявлены основные проблемы их использования. И приведены основные разработки крупных компаний в этой области на данный момент.

В современной радиоэлектронике повсеместно применяются следующие материалы: медь (провода и токопроводящие элементы), кремний (полупроводники). Такой материал как пластмасса используется лишь в виде изоляционного покрытия. Но есть разработки, которые нацелены на, то чтобы вывести органические полимеры на новый уровень применения. В основном как сырье для создания магнитов, лазеров, радиоэлементов.

Токопроводящий пластик представляет собой органические полимеры способные проводить электрический ток и имеющие гибкую структуру. По проводимости они могут вести себя как полупроводники, так и как металлы.

Технологичность — вот главное достоинство токопроводящей пластмассы. Причем подобные полимеры сочетают механические свойства (гибкость, прочность, эластичность и т.д.) с электропроводящими свойствами. С помощью специального органического синтеза эти свойства могут быть отрегулированы и подстроены под решение конкретной задачи.

В последнее время класс полимерных материалов стремительно развивается. Само применение полимеров в качестве носителей электропроводящих наполнителей не столь неизвестно как кажется на первый взгляд. При стандартном использование подобные пластмассы представляли собой сочетание различных полимеров (термо- и реактопласты) и проводящего вещества (сажа, графит, металлические и металлизированные волокна, металлическая пудра). Данное сочетание встречалось в антистатических изделиях, электромагнитных защитных покрытиях, высокоомных резисторах, электрических неметаллических нагревателях и токопроводящих лаках

В этой сфере созданы материалы, в которых проводимостью обладают надмолекулярные образования, получившие названия «супрамолекул». Они представляют собой ассоциаты в структуру которых входят как органические макромолекулы, так и не органические ионы [6].

Нобелевская премия присуждалась не единожды за развитие науки в данном направлении. П. Ж. Де Жен (Франция) получил Нобелевскую премию в 1991 г. за открытие структуры жидких молекулярных кристаллов. В 1996 г. ее вручили Г. Крото (Англия) и Р. Карл, и Р. Смелли (США) за открытие фуллеренов. А в 2000г. премии получили А. Хигеру (США) и А. Макдиармиду (США) и X. Ширакава (Япония) за развитие области применения токопроводящих полимеров. А в 2003 г. В.Л.Гинзбург (Россия) за разработку теории проводимости в полимерах был удостоен этой премии.

Еще в 1950 г. стало известно о том, что полициклические ароматические соединения создают полупроводниковые соли галогенов на комплексе переноса заряда. Делаем вывод что подобные органические соединения способны проводить электрический ток [1].

Проводники органического происхождения интересовали научное сообщество в момент изучения сверхпроводимости, исходящей из теории Бардина-Купера-Шриффера (микроскопическая теория сверхпроводников, являющаяся на сегодняшний день основной). Австралийские ученые в 1963 году описали проводимость в йодолегированном полипирроле. В итоге достигнув показаний удельного сопротивления в 0,03 Ом·см и ниже для определенного ряда проводящих полимеров. Но в то время сами процессы полимеризации не были изучены на должном уровне, не проводилась моделирование механизмов проводимости. В последствие Н. Мотт (Англия) написал труд о проводимости в неупорядоченных структурах, а затем в 1980 году А.Ф. Диас и Ж.А.Логанобъявили о проводимости полианилина. Полиацетилены, полипирролы и полианилины являются меланинами. Их исследование в начале 60-х годов 20 века Л. Блуа (Франция) привело к тому, что было выявлено — меланин обладает полупроводниковыми свойствами. МагГинесс (Англия) в 1974 году дал описание управляемому напряжением бинарному переключателю, который создан на основе ДОФА-меланин, в частности из полианилина, полипиррола и полиацетилена. В его труде ярко показан способ применения классического отрицательного дифференциального сопротивления. Высокая проводимость окисленного йодолегированного полиацетилена была установлена в 1977 году группой ученых А.Хигер, А.Мак-Диармид и Х.Сиракава. За это исследование в 2000 г. они получили по химии Нобелевскую премию.

Основой оргоэлектроники XXI века являются проводники и полупроводники из полимеров. Нельзя не отметить, что проводимость подобных органических материалов несравнима с проводниками из меди или кремния, но их достоинством является то, что они способны принимать любую форму. При этом полимеры гораздо дешевле неорганических и легче.  Еще одним плюсом проводников из пластмассы это возможность варьировать их состав при необходимости. А если получиться синтезировать молекулы в определенных участках проводника, то он будет наделен многочисленными функциями. Например, при растворении полимера в химическом составе из получившегося состава можно будет сделать чернила для принтера и, следовательно, легко распечатать любую электронную схему. Допустим если распечатать упаковку для товаров, то система сможет получать информацию считывая ее с упаковки, которая требуется покупателю: о стоимости, сроке годности, производителе. На том же принципе может быть основана работа в складских помещениях. После отправки сигнала к коробкам, на которых расположены микросхемы, полученный ответ дает всю информацию о каждой коробке в отдельности [3].

В 2015 г. японская фирма «LG» показала новую телевизионную OLED-панель с толщиной меньше 1 мм., она была создана как демонстрационная. Такие экраны можно будет наклеить как фотообои и использовать по назначению. К 2020 году имеется следующая линейка OLED-экранов:

1. MOLED. Органические ячейки формируют красный, синий, зеленый цвет, которые являются основой матрицы. Применение в смартфонах и других мобильных гаджетах.

2. TOLED. Реализация на очках виртуальной реальности, лобовых стеклах машин, т.е. применяется на прозрачных панелях.

3. PHOLED. Основана на принципе электрофосфоресценции, т.е. вся энергия преобразуется в свет. Используется как мощный источник света или как масштабные стены-мониторы.

4. SOLED. Технология основана на вертикальном расположении подпикселей для создания изображений, причем каждый отдельный подпиксель сам по себе независим. Дает громаднейший уровень разрешения и детализации картинки.

5. FOLED. Особенностью данного экрана является его гибкость, которая появилась в результате герметичном закрытии каждой отдельной ячейки защитной пленкой [5].

Южнокорейская компания «Samsung» занимается созданием полноценных микросхем, включающих в себя как органические, так и неорганические транзисторы. Сейчас разрабатываются светодиоды в основе которых находятся органические токопроводящие полимеры. При пропускании тока через тонкопленочные соединения, они начинают излучать свет. Также сэкономить получиться если лампочки делать из полимеров, так как они более энергоемкими. Фирма «Kodak» разрабатывает технологию более плотной записи информации на диски путем создания трехслойной полимерной пленки, которая увеличивает частоту излучения, исходящего от полупроводникового лазера.

Революция в сфере применения пластика приближается, но есть и задачи, которые предстоит решить. На органические полимеры плохо воздействует влага, кислород и УФ-излучение. Но попытки разрешить эти проблемы есть. Так компания «Xerox» разработала материал на основе тиофена, который способен устоять перед пагубным воздействием кислорода. Такой стабильности удалось добиться путем изучения и подробного анализа функций различных структур полимера. Еще одним преимуществом полимера является подвижность электронов равна 0,12см2 В/с и сборка подобных транзисторов возможна быстро в обычных условиях без дополнительного оснащения помещения. К непосредственному применению исследователи «Xerox» еще не приступили, но область возможного применения представляется очень широкой [4].

Конечно, на данном этапе развития этой области остались еще трудности, решение которых займет некоторое время. В конечном итоге это приведет к новой эпохе гибкой электроники.

Список использованных источников

1. Гуль В.Е. Электропроводящие полимерные композиции / В. Е. Гуль, Л. З. Шенфиль. – Москва : Химия, 1984. – 240 с. : ил. – Текст : непосредственный.

2. Савинова М.Е. Исследование электрофизических свойств композиций на основе полиолефинов / М.Е. Савинова, Н.А. Коваленко. – Текст : непосредственный // Пластические массы. – 2007. – № 7. – C. 4-5.

3. Пузин Ю.И. Электропроводящие полимеры : учебное пособие / Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет». – Уфа : Изд-во УГНТУ, 2015. – 83 с. : ил., табл. – ISBN 978-5-7831-1321-5. – 50 экз. – Текст : непосредственный.

4. Электропроводящие полимеры – органические полупроводники. – URL: http://chem21.info/info/1773251/ (дата обращения: 14.03.2020). – Текст : электронный.

5. Новые технологии. Токопроводящий пластик. – URL: http://electrik.info/main/news/234-novye-texnologii-tokoprovodyashhij-plastik.html (дата обращения: 14.03.2020).  – Текст : электронный.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 1.8 / 5. Количество оценок: 4

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Добавить комментарий