Czy polimer (zwany potocznie plastikiem) może przewodzić prąd? Okazuje się, że tak i dzisiaj nie jest to wielkie novum. Samo jednak odkrycie polimerów przewodzących jest ciekawostką i było, w pewnym sensie, dziełem pomyłki.
Japoński naukowiec Shirakawa prowadził badania nad syntezą poliacetylenu. Do kolby dodał omyłkowo tysiąc razy więcej katalizatora niż potrzeba. Ku jego zdziwieniu ściany kolby reakcyjnej pokryła metaliczna powłoka. Powłoka, jak się okazało, przewodziła prąd a Shirakawa zgarnął za swój "bałagan" w laboratorium Nagrodę Nobla w 2000 roku.
Nagrodą musiał się jednak podzielić z Amerykanami: McDiramidem i Heegerem. Pierwszy (zanim zaczął współprace z Shirakawą) podobne właściwości do poliacetylenu zaobserwował w poli(azotku siarki) - wybuchowy! Drugi natomiast wykazał, iż domieszkowanie np. parami jodu lub bromu prowadzi do wzrostu przewodności elektrycznej określonych polimerów (w tym wspomnianego poliacetylenu).
Zastosowanie tego rodzaju materiałów może być naprawdę szerokie. Pal licho sam poliacetylen, który chociaż wykazywał wysokie przewodnictwo okazał się być dosyć nietrwały. Można sobie jednak wyobrazić np. zastosowanie polimerów przewodzących w bateriach jako katody i anody. Próbowano to zresztą robić, ale póki co, poprawa parametrów elektrochemicznych takiej baterii nie jest oszałamiająca w stosunku do dostępnych na rynku innych rozwiązań.
W polimerach przewodzących zmianie potencjału towarzyszy bardzo często zmiana barwy. Tego rodzaju zjawisko zwane efektem elektrochromowym często próbuje się wykorzystać w przyciemniających się oknach i lusterkach a także... w kserografach.
Opisywane materiały mogą być pomocne w systemach wykrywających niebezpieczne gazy i zapachy. Wszystko za sprawą zmieniającej się przewodności wywołanej obecnością na powierzchni określonych substancji. Bardziej jednak realne wydaje się zastosowanie ich jako pokryć antykorozyjnych, antystatycznych czy jako materiałów łączących w układach scalonych. Militaryści znają próby zastosowań polimerów przewodzących w samolotach wojskowych jako osłony przeciwradarowe. To jednak zadanie ambitne i najeżone problemami technicznymi.
Napisałem powyżej o określonych polimerach. Na czym ta określoność polega? Chodzi o specyficzną budowę cząsteczki, która posiada tzw. sprzężony układ wiązań podwójnych. Taką budowę posiadają oprócz: poliacetylenu, politiofen, polianilina - polipirol. Trudność jednak tkwi w kiepskich własnościach mechanicznych tych materiałów. Ponadto są one nierozpuszczalne, a więc mają małą przydatność technologicznć. Problemy te są stopniowo przezwyciężane poprzez np. doczepianie do łańcuchów polimerowych odpowiednich grup funkcyjnych.
Bardzo modne ostatnio, i kto wie czy nie najbliższe komercjalizacji są badania nad uzyskiwaniem elektronicznego papieru lub, jak kto woli, ekranu - czyli zastosowanie polimerów przewodzących jako elementów wyświetlaczy. Ekrany takie z można by bez trudu zawieszać na ścianie, a po użyciu bezpiecznie zwinąć w rolkę. Opracowano specjalny rodzaj przewodzącego plastiku, który może posłużyć do produkcji tanich, elektronicznych układów drukowanych. Czyżby miał powstać laptop, który po upuszczeniu na ziemię zachowuje się jak skoczna piłeczka? Fiu, fiu! Zalecam jednak jak zwykle cierpliwość.
dr Marek Marcinek
Autor jest absolwentem Politechniki Warszawskiej i Szkoły Głównej Handlowej. Pracował na Uniwersytetach w Niemczech, Francji i Kanadzie, a ostatnie lata spędził w Lawrence Berkeley National Laboratory w Stanach Zjednoczonych.
Czytaj także:
