مهندسين شيمي

تعریف:
 
پلیمر ها یا مارکرومولکول ها،مولس کول های غول پیکری هستند که دست کم100 برابر سنگین تر از مولکول های کوچکی مانند آب یا متانول هستند.این نام ازیک نام یونانی به نام پلی که به معنی«چندتا» و مرکه به معنی «قسمت»است مشتق شده است.علم شیمی یک علم پرهیجان است وتعداد شاخه های آن بدون وقفه رو به افزایش است .علم شیمی ماکرومولکول ها از پرشورترین این شاخه ها می باشد.ما در عصر پلیمر زندگی می کنیم.پلاستیک ها –قیرها-پوشاک-چسب ها-کائوچو و... گوشه ای از دنیای جالب وپرجاذبه شیمی پلیمر می باشند.
 
نمونه های بیشماری از پلیمرهای مصنوعی را می توان ذکر کرد.برخی از آنها روزانه به مرحله ظهور می رسند.مانند:پلی استرها والیاف پارچه های نایلونی والیاف های محکم بادوام پلی آمید که برای لباسهای ضد گلوله کم وزن استفاده می شوند
 
تاریخچه:
 
علم پلیمر از علوم بسیار جوانی است که برای اولین بارتوسط مطالعات وتحقیقات پرفسور استادینگردر بین دو جنگ جهانی اول ودوم پا به عرصه وجود گذاشت ولی رشد وتوسعه آن چنان سریع بوده است که آگاهی یافتن از آن ضروری به نظر می رسد.پلیمرهای مصنوعی در زندگی روزمره ما مصرفی چشمگیر یافته ونیز کاربردهای صنعتی گوناگونی پیدا کرده اند.این مواد جانشین شیشه،فلزات،سرامیک وچوب شده اند.در پی توسعه صنعتی این رشته،وجود مواد اولیه در کشور ما(که یک کشور نفت خیز است)نیاز به متخصصان کارآزموده احساس می شود.
 
طبیعت خیلی پیش از آنکه انسان بتواند بسپارهای سنتزی را بسازد،بسپارهایی مانند سلولز را ساخته بود.پروتئین ها،کائوچو وبرخی رزین ها از این دسته بسپارها هستند.
 
بدن ما خود از بسپارها تشکیل شده مانند ماهیچه ها،پروتئین ها،کروموزوم ها وژن هاانسان به قدر عمر خود از پلیمر ها استفاده کرده است.از گوشت وسبزی ها برای خوراک چوب ونی برای خانه سازی ،چرم وپنبه برای لباس سود برده است.
 
در دوران باستان (بیش از پنج هزار سال پیش)سامری ها از اسفالت برای پوشش کف پیاده روها استفاده می کردند.در مصر باستان تابوت های حجاری شده را با پلیمرهای طبیعی مانند وارنیش(varnish)جلا می دادند.
 
در ابتدای قرن هفدهم استفاده از ترشحات پلیمری کرم ابریشم آغاز شد وبا کشف (چارلز گودی)سال 1839 میلادی دوره موسوم به عصر جدید آغاز شد.این دانشمند به چگونگی تبدیل لاستیک به لاستیک وکلانیزه پی برد لاستیک تقریباًصد سال پیش از آن از طریق آمریکای جنوبی به اروپا معرفی شده بود ونام آن از اولین کار بردش که مداد پاک کن بود گرفته شد.
 
در سال 1869 میلادی،سلولوئید از واکنش اسیدها با سلولز وتهیه سلولز نیترات حاصل شد اولین پلیمرهای مصنوعی تجاری پلاستیک های فنول –فرمالدئید بودند که (آتوباکلند)آنها را در سال 1907 ساخت وباکلیت نام گرفتند.
 
بسیاری از پلاستیک ها در حین تحقیقات وبسیاری به طور اتفاقی تهیه شده اند.یکی از معروفترین این تحقیقات برای مواد جدید (که منجر به کشف نایلون شد)کارهای (کاروتز)بود.این کار ها درسال 1939 به منظور الیاف جدید صورت نگرفت.بلکه به هدف فراگیری بیشتر در مورد پلیمرها انجام شد در اواسط قرن بیستم در آلمان «اشتودینگر»قانون مهم ساختار مولکول های بزرگ را وضع کرد ودر سال 1934 کارخانه (ici)موفق به تهیه مولکول های بزرگ پلی اتیلن شد.
 
آشنایی با برخی تعاریف واصطلاحات پلیمر :
 
واژگان پلیمر
 
مر(mer):قطعه-تکه
 
منومر (monomer):تکپار ،به مولکول هایی که در ساخت پلیمر بکار رفته می شوند مثل-(CH2CH2 )
 
دیمر(Dimer)دوپار
 
پلیمر (polymer)بسپار
 
پلیمریزاسیون(polymerization)بسپارش
 
ماکروموکلول (macromoleeule):در شت مولکول،پلیمر
 
درجه پلیمریزاسیون (degreeof polymerization):DP:تعداد مونومرهای موجود در زنجیر پلیمر
 
الیگومر (oligomer)چند پار،ماده ای با جرم مولکولی کمتر از پلیمر
 
هموپلیمر (Homopolymer)پلیمری که تنها از یک نوع مونومر تشکیل شده باشد که آن را جور پلیمر گویند.
 
                                    -A-A-A-A-A-A
 
کوپلیمر (copolymer):پلیمری که شامل دو نوع مونومر باشد .-A-B-A-B-A-B-A
 
ترپلیمر (terpolmer):پلیمر شامل سه نوع مونومر –A-B-C-A-A-B-C-C-
 
هموپلیمر خطی(linearhomopolymer)وقتی اتم های یک مونومر به صورت خطی دنبال هم باشند .
 
هموپلیمر شاخه ای (branchhompolymer)وقتی اتم های یک پلیمر به صورت شاخه ای قرار گیرند.
 
هموپلیمر مشبک یا سه بعدی (tridimentioal homopolymer):پلیمری که در بین زنجیرهای آن اتصالات عرضی وجود دارد.
 
هموپلیمر زنجیری (homochain poymer):اگر زنجیرهای پلیمر دارای اتم های یکسان باشند(H,c)
 
هتروپلیمر زنجیری (hetrochain polymer)گاهی در زنجیراتمی غیر از اتم های اصلی (H,c)وجود دارد مثل(Si)مانند ترکیبات سیلیکون(دی متیل سیلوکسان)
 
ترموپلاست(thermoplast)پلیمرهایی هستند که بر اثر گرما نرم می شوند ومی توان آنهارا قالب گیری کرد دارای ساختاری دو بعدی هستند ودر حلال حل می شوند.
 
ترموست(thermoset)پلیمرهایی که بر اثر گرما نرم نمی شوند وقابلیت قالب گیری مجدد ندارند.دارای ساختار سه بعدی هستند ودر حلال حل نمی شوند.
 
معرفی وتقسیم بندی پلیمرهای هوشمند:
 
هوشمندی در مواد،خاصیتی است که مختص به گروه خاصی نبوده ودر اغلب گروه های مواد دیده می شود پلیمرها نیز از این قضیه مستثنا نیستند ودر برابر محرک های مختلف مثل دما،میدان های الکتریکی ومیدان های مغناطیسی ،عکس العمل های متفاوتی از خود نشان می دهند این پلیمرها به گروههای مختلفی تقسیم می شوند دارای خواص وکاربردهای متفاوتی می باشند در زیر به تقسیم بندی وکاربرد این مواد اشاره می کنیم.
 
1)(EAP) پلیمرهای فعال الکتریکی
 
مکانیزم هوشمندی در این مواد ،عکس العمل در برابر تحریکات الکتریکی خارجی است این عکس العمل تغییر در ابعاد وهندسه ماده را شامل می شود.
 
این پلیمرها که در سال 1990 شناخته شده اند کاربردهای زیادی در پزشکی ،صنعت ومهندسی عمران دارند این پلیمرها به دو دسته تقسیم می شوند.
 
الف)EAP الکترونیکی        ب)EAP یونی
 
عموماً میدان الکتریکی ونیروهای کولنی سبب تحریک EAP الکتریکی می شوند در صورتی که برای EAP یونی،حرکت وانتشار یون از عوامل اولیه تحریک است.
 
EAP های الکتریکی به سه دسته کلی زیر تقسیم بندی می شوند:
 
1-پلیمرهای فروالکترویکی    2-کاغذ الکترواستریکی   3- الاستومرهای الکترو-ویسکوالاستیک
 
1-پلیمرهای فروالکتریکی :هنگامی که کریستال های مشخصی از قبیل کوارتز را در طول یک محور معین فشرده می کنیم ویا می کشیم (یک تنش ایجاد می کنیم)یک ولتاژبر روی سطح کریستال تولید می شودبه طور عکس،هنگامی که یک جریان الکتریسته در چنین کریستالهایی جاری شود یک کشیدگی یا یک فشردگی در کریستال رخ می دهداین پدیده به پیزو الکتریکی موسوم است.
 
پلی ونییلیرین فلوراید(PVDF)وکوپلیمرهای آن از مهم ترین پلیمرهای فرو الکرتیکی هستند.
 
پلی (PVDF)-تری فلوئورواتلین)که در معرض تابش الکترون قرار می گرند در فرکانس های  کمتر از یک ،کشش الکترواستریکی را به بزرگی 5% نشان می دهند.
 
بنابراین این دسته از پلیمرهای الکترواکتیو می توانند در هوا،خلاء وآب به عنوان مواد بسیار مطلوبی برای تولید   مکانیکی والکتریکی هستند.
 
2-کاغذ الکترو استریکی :
 
عموماًاین کاغذ ها از ترکیب ذرات وگروههای مجزا که اکثراً از الیاف طبیعی هستند ویک ساختار شبکه ای را شکل می دهند تولید می شوند.
 
برای مثال یک لایه ورقه ای از نقره که دو تکه ورق نقره ای به وسیله الکترودهای نقره ای بر روی سطوح خارجی آن قرار  گرفته اند را در نظر بگیرید.با اعمال ولتاژ الکتریکی بین الکترودها یک خمش را در صفحه نقره مشاهده می کنیم.
 
حال اگر به جای صفحه نقره ای یک پلیمر الاستیک داشته باشیم که بتوان با اعمال ولتاژ در آن تنش ایجاد نمود یک شرایط ایده آن برای تولید وسایلی داریم که اساس کار آنها تولید تنش است.
 
مزیت دیگر این مواد،سبک بودن وآسانی ساخت آنهاست همچنین برای کاربرد در مواردی از قبیل جاذب های فعال صدا،بلند گوهای تاشو و وسایل کنترلی هوشمند مطلوب هستند.
 
EAP یونی
 
این نوع به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند :
 
1-کامپوزیت های پلیمر های یونی –فلز (IPMC)
 
2-پلیمرهای هادی(CP)
 
3-نانوتیوب های کربنی (CNT)
 
2-(MRF)سیالات مغناطیسی
 
در این نوع از پلیمرهای هوشمند با تغییر میدان مغناطیسی ،ویسکوزینه آنها تغییر می کند وعملکرد آنها مشابه به سیالات الکتریکی است.
 
3-(ERF)سیالات الکتریکی رئولوزیکی
 
این سیالات اساس پلیمری دارند ودر برابر میدان الکتریکی از خود تغییر ویسکوزینه نشان می دهند که می توان با این تغییر ابعاد را تحت تاثیر قرار داد به طور مثال این مواد در کمک فنرهای خودرو وکاربرد دارد وبا تغییر جریان می توان ارتفاع خودرو را تنظیم کرد.
 
این نوع پلیمرها در راه سازی،پل سازی و صنعت ساختمان استفاده می شود.
 
 4-ژل های پلیمری هوشمند:
 
با تغییر در زنجیره پلیمرها می توان ژل ها را ساخت که این کار با تعویض بعضی از مونومرهای زنجیره با مواد شیمیایی صورت می گرد تفاوت اصلی ژل ها با پلیمرها ،سازگاری شیمیایی وترومودینامیکی آنها با حلال ها می باشد ونیز خاصیت رطوبت گیزی که در آنها وجود دارد.
 
ژل ها بر اساس ویژگی هایی نظیر طبیعت گروههای تشکیل دهنده،خواص مکانیکی و ویژگی های ساختاری تقسیم بندی می شوند ودر برابر محرک های مختلفی مثل دما،PH ،نور فشار از خود عکس العمل نشان می دهند.
 
پلیمرهای رسانا الکتریسیته: (conducdiv Polmer)
 
بطور کلی محصولات ساخته شده از پلیمرها نارسانا بوده ومقاومت زیادی در برابر عبور جریان الکتریسته از خود نشان می دهند.به همین دلیل از مواد پلیمری در صنعت الکترونیک والکتروتکنیک استفاده می شود برای مثال از پلیمرها برای عایق کاری کابلهای انتقال الکتریسته،صفحات انتقال الکتریسته وروکش باطریها استفاده می شود اما در بعضی از موارد همین مقاومت زیاد در مقابل عبور از جریان الکتریسته باعث ذخیره شدن الکتریسته می گردد.که مجموعه ای از مشکلات ناخواسته رات به دنبال دارد مثلاًایجاد الکتریسته ساکن در تسمه ها وجعبه های حفاظ دستگاههای الکتریکی ،کف پوشها،البسه وغیره که باعث تولید جرقه الکرتیکی می شود ودر بعضی موارد ایجاد آتش وسوزی می کند.در این گونه موارد ،هدایت الکتریسته به محیط اطراف مورد نیاز است.
 
پلیمرهای رسانا(CP)دسته ای از مواد الکترونیکی هیجان انگیزی هستند که بواسطه داشتن ترکیبی از خواص الکتریکی ونوری فلزات یا نیمه هادیها وخواص مکانیکی پلیمرها کاربردهای وسیعی  یافته اند .بطوریکه با مطالعه درک وبکارگیری خواص شیمیایی ودنیامیکی آنها یک خط ارتباطی به دنیای مولکولی وبیومولکولی بدست می آید،که پایه ای برای توسعه سیستمهای هوشمند وابسته از طریق پیشرفت ارتباطات درون سیستمی خواهدبود.
 
یکی از ویژگی های اساسی مواد پلیمری،نارسانایی الکتریکی یا عایق بودن آن ها می باشد اما نارسایی پلیمرها همیشه به عنوان مزیت به شمار نمی رود ودر برخی کاربردها در صورتیکه پلیمرها رسانای جر یان برق باشند انتخابی بی رقیب با مزیت های منحصر به فرد خواهند بود.
 
دانشمندان روسی در یافته اند که پلیمرها نه تنها می توانند جریان الکتریکی را از خود عبور دهند بلکه رفتاری متضاد در برابر جریان برق دارند بدین معنی که بر حسب تمایل می توان از این  پلیمرها جریان الکتریکی عبور داد ویا از آن به عنوان عایق استفاده کرد.
 
این کشف حداقل به عنوان یک گام جدی در ساخت فناوری نوین محسوب میشود در حال حاضر پروزه های مربوط به این موضوع انگشت شمار می باشند ومیتوان از حسگرهای مختلف وصفحه کلید کامپیوتر نام بردکه تفاوت اساسی آنها با انواع موجود،قیمت پایین وقابلیت اطمینان بالای آن است اما در آینده بسیار نزدیک این کشف در ساخت نمایشگرهای عریض وبسیار نازک حامل های اطلاعاتی نسل جدید (CD،DVD)وهمچنین قابلیت  تعویض فلزات گرانبها در مدارها وتجهیزات الکترونیکی کمک شایانی خواهد نمود.
 
«تاریخچه پیدایش»
 
مبحث پلیمرهای رسانا (cP)اولین بار در جهان در اوایل دهه 70میلادی مطرح شددر آن زمان یکی از کارکنان آزمایشگاه شیمی انستیتوی فناوری توکیو به نام «هیدکی شیراکاوا»بصورت کاملاً تصادفی واز روی اشتباه در اندازه ی غلظت کاتالیزاتور،به یک غشاءپلیمری دست یافت که توانست جریان برق را از خود عبور دهد پس از چندی شیراکاوا با دو آمریکایی از دانشگاه پنسیلوانیا بنام های «آلن هیگر»و«آلن مک دیار مید»کار مشترکی را شروع نمودند که نتیجه کار آنها منجر به دریافت جایزه نوبل در بخش شیمی سال 2000 میلادی شد.آنها با اضافه نمودن افزودنی های مختلف به پلیمرتوانستند بهترین شرایط وتفکیک آنها را تعریف نموده وپلیمر را از نظر قابلیت عبور جریان تا سطح جریان عبوری از مس،سنتنر وتولید نمایند.امادر مورد س   وکشف دانشمندان روسی باید گفت که اولاً هیچ ماده ای به پلیمر اضافه نکرده وتوانسته اند با اعمال شرایط خاص از بعضی پلیمرها جریان عبور دهند ثانیاً اثر نارسانایی(عایق عبور جریان)آن را نیز کشف نموده اند هر چند هنوز علت آن روشن نشده است
 
کاشف این خواص،پروفسور انستیتوی شیمی آلی آکادی علوم زوسیه واقع در شهر اوفا بنام سرگی سالازکین است.که در حال حاضر در انستیتوی ترکیبات آلی مسکو فعالیت می نماید.
 
پروفسور سالازکین ،پلیمری از مواد آلی سنتز نموده که آن را «پلی دی فنیلن فتالین»نام نهاده است.این ماده می تواند حررات را تا 400 درجه سانتیگراد تحمل نماید.ودر همین حال در مقابل اسیدها وقلیاهای پر غلظت نیز مقاوم باشد.البته در ابتدا این پلیمر برای استفاده در فیتلرهای شیمیایی مختلف،لایه های حفاظتی،پیوندهای چسبنده وغیره در نظر گرفته شده بود وقاعدتاًاین ماده برای موارد مذکور باید مورد استفاده قرار می گرفت اما دوباره بصورت تصادفی این ماده بدست محققین آزمایشگاه فیزیک پلیمر انستیتوی فیزک مولکولی وکریستا آکادمی علوم روسیه به ریاست.
 
«آلکسی لاچینوف»افتاد زمانی که غشاءپلیمر جدید توسط دانشمندان مورد بررسی قرار گرفت خواص جانبی جالبی کشف گردید بدین ترتیب که مشخص گردید این ماده هادی تبدیل می گرددومیزان رسانایی آن بستگی به نیروی اثر گذار دارد ومی توان خاصیت رسانایی آن را از مس نیز بیشتر نمود.طبق اظهارات آلکسی لاچینوف محققین ابتدا متحیر شدند چرا که تمرکز چند خاصیت از جمله مقاومت در مقابل حررات بالا  وهمچنین در مقابل محیط های شیمیایی مخرب ورسانایی بالا بصورت همزمان در یک ماده کاملاً غیر معمول است اما نتایج بدست امده فوق را ثابت نمود.در همین زمینه محققین دیگری نیز از انستیتوی مهندسی فیزیک آکادمی  علوم روسیه مشغول فعالیت می باشند.
 
با منسجم شدن فعالیت دانشمندان روسی،پروژه های نسبتاً ساده،رفته رفته بسوی طراحی وساخت تجهیزات پیچیده با ابعاد مولکولی واتمی پیش می رود.
 
تحقیقات حاصل از خواص انتشار الکتریکی پلیمرها در سطح مولکولی نشان می دهد که با استفاده از فناوری مذکور می توان حاصل های اطلاعاتی نسل جدید را نیز بوجود آورد.حجم حامل های اطلاعاتی پلیمری نسبت به CD ها و DVD های امروزی چندین هزار برابر بیشتر بو وطبق نظر«آلکسی لاچینوف»در اینده حجم دیسک های پلیمری تا 100 میلیارد برابر بیشتر خواهد شد.یعنی به عبارتی چندین دیسک پلیمری قادر خواهند بود تا کلیه اطلاعات موجود در جهان را بصورت دیجیتالی ضبط نماید.
 
همچنین متذکر می گردد که این پلیمر در آینده می تواند جایگزین فلزاتی شود که اتصالات الکتریکی را پوشش میدهند وموجب کاهش هزینه های تولید شوند.هر چند که به دلیل عبور جریان الکتریکی از غشاءپلیمر با ضخامت چند کیلوومتر وعدم تحمل اختلاف فشار جریان الکتریکی،امکان جایگزینی آنها با سیم های گران قیمت آلومینیومی وسی جهت انتقال میسر نیست.
 
روشهای رسانا کردن پلیمرها:
 
برای رسانا کردن پلیمرها سه روش وجود دارد:
 
1- ایجاد پلیمری بازنجیراصلی نیمه رسانا که دارای باند دوگانه  یک در میان باشد که با عملیاتی به نام دوپینگ رسانایی آن افزایش می یابد.
 
در این روش پلیمرها بدون اضافه کردن موادهادی،رسانایی الکتریسته می شوند.وجه مشترک تمامی پلیمرهایی که با این روش،قابلیت هدایت الکتریکی پیدا می کنند،این است که پیوندهای ساده ودوگانه در ساختار مولکول آنها به صورت یک در میان قرار دارند.در حالت دو پینگ شده برخی از پیوندهای دوگانه آزاد می شوند وابرهای الکترونی در طول زنجیر تحرک پیدا می کنند در این حالت هدایت الکتریسته برای برخی از پلیمرها تا 400  زیمتس بر سانتی متر هم می رسد.
 
عمده ترین مشکل در این نوع رسانا سازی  پایداری کم حالت هدایت الکتریکی است.برای برخی پلیمرها پس از چند هفته،هدایت به میزان توانهایی از ده کاهش می یابد.مشکل دیگر این نوع هادی سازی این است که پلیمرهای دو پینگ شده غیر قابل ذوب ونامحلول هستند ودر نتیجه فرآیند آنها در صنعت تقریباً غیر ممکن است این روش مستلزم طراحی وساخت راکتور وبدست آوردن دانش فنی تولید این مواد است که مانع استفاده گسترده از این روش شده است.
 
2- قراردادن پوشش رسانای الکتریسته بر روی پلیمر
 
در این روش روکش کاری زمینه پلیمری با فلزات،اکسیدهای فلزی یا نیمه هادی ها انجام می شود مهمترین مشکل در این نوع رساناسازی این است که روکش ها اغلب با استفاده از فرآیند(نشت بخارات در خلاء)بر روی سطح پلیمر کشیده می شوند،اغلب یا از نظر شیمیایی در اثر اکسایش در هوا ویا از نظر مکانیکی-مقاومت سایشی وچسبندگی ناپایدار هستند.همچنین گران بودن برخی فرآیندهای فیزیکی که برای این منظور استفاده می شود وعدم کارایی در برخی از کاربردها از مشکلات استفاده از این روش است.
 
3) افزودن ماده رسانای الکتریسته به آمیزه پلیمری
 
امروزه مواد افزودنی گوناگونی برای ایجاد هدایت الکتریکی پلیمرها در دسترس است از جمله می توان به نیکل ،نقره،فولاد ضد زنگ ونیز کربن در شکل واندازه های مختلف مانند پودر،پولک الکتروستاتیک وتلف کننده های بارالکتریسته ساکن رواج یافته است.از فیبریلها بیشتر در قطعات پلاستیکی قالب گیری شده داخلی وخارجی خودروها استفاده می شوداز دیگر موارد کاربردی می توان به سپردهای حفاظتی در برابر امواج الکترومغناطیسی یا امواج رادیویی،تلف کننده بار الکتریسته ساکن وپلیمرهای هادی حساس به دما یا فشار اشاره کرد.
 
در میان افزودنی های مختلف برای ایجاد هدایت الکتریکی ،دوده،به دلیل ارزان تر وسبک تر بودن در مقایسه با دیگر مواد ،متداول ترین وموثر ترین ماده برای ایجاد هدایت الکتریکی تلقی می شود.با افزودن دوده به پلیمر ،میزان هدایت افزایش می یابد اما به موازات آن فرایند اختلاط وتولید مشکل تر شده وخواص مکانیکی کاهش می یابد.
 
همچنین به دلیل گران بودن دوده های هادی نسبت به پلیمرها،استفاده مقدار زیاد آنها هزینه نهایی تولید را افزایش می دهد.
 
بطور کلی همه پلیمرهای رسانا مجموعه ای از واحدهای ساختاری مشابه دارند جهت شناور ساختن الکترون در طول زنجیر پلیمر،احتیاج به واحد های ساختاری مناسب با شکاف انرژی کمتری می باشد به عنوان مثال از پلی استیلن که فقط دارای پیوندهای یگانه ودوگانه متناوب است ویا سیستم های آروماتیکی می توان نام برد.
 
ویژگی ها،خواص وروشهای تهیه پلیمرها:
 
مشهورترین خواص پلیمرها عبارتند از:استحکام –وزن کم،خنثی بودن وعایق بودن.بنابراین معمولی ترین نقش آنها در توسعه سیستمهای ارتباطی جدید می باشد.
 
در پلیمرهای رسانا،رسانایی وهدایت به دلیل شکل ساختمانی خاص آنها می باشد که وقتی به حالت اکسیداسیون مشخص در می آیند به الکترونها اجازه می دهند در طول زنجیرپلیمری انتقال یابند.این پلیمرها همچنین قابلیت تحریک بوسیله الکترون را دارند ومی توانند با اعمال کمی انرژی به حالتهای مختلفی در آیند به عنوان مثال پلی پیرول وپلی تیوفن می توانند طبق معادله زیر متحمل تغییرات اکسیداسیون واحیاء گردد که باعث تغییرات مهمی در خواص فیزیکی  وشیمیایی پلیمر می گردد.
 
جفت شدن سیستم ⨅-الکترون،ایجاد یک اوربیتال مولکولی می کند که در سرتاسر زنجیره پلیمری گسترش می یابد.رسانایی الکتریکی با مشارکت الکترونهای⨅ غیر متمرکز نشأت می گیرد.
 
این رسانایی می تواند با پتانسیل اعمال شد تغییر کند.میزان رسانایی تابع تعداد حاملین بوجود آمده (الکترونها یا خفرات)در زنجیره پلیمری،غلظت دوپه کننده در پلیمر ومیزان تحرک حامل در پلیمر است.
 
ممکن است از آنیونهای آلی درشت وحتی DNA به عنوان دوپه کننده استفاده کرد.
 
چنین دوپه کننده های بزرگ نمی توانند به راحتی از پیکره پلیمری پس زده شوند درنتیجه وقتی زنجیره پلیمری خنثی باشد.(در حالت احیاء شده)بارمنفی دوپه کننده آنیونی به دام افتاده با الحاق کاتیون الکترولیت موازنه می شود.
 
پلیمرهای سبکی مانند پلی تیوفن ویا پلی پیرول می توانند جایگزین فلزات هادی در سیستمهای ارتباطی وتوسعه ابزارهای الکترونیکی مانند دیودها،کلیدها و... شوند.تا جائیکه پلیمرهای با هدایت  6000 دردانشگاه دورهام ساخته شده است.
 
شناسایی  مواد جدید مانند پلیمرهای الکترواکتیو رسانا با خواص شیمیایی قابل کنترل در محیط نشان دهنده دوره تازه ای درارتباطات در سطح مولکولی وبیومولکولی میباشد.خواص رسانایی ذاتی این مواد به آنها امکان کوپل شدن با وسایل الکترونیکی رایج جهت تهیه خط ارتباطی با جهان مولکولی که تا کنون میسر نبوده است را فراهم می کند.
 
با جفت نمودن مناسب پلیمرهای رسانا میتوان محرکهای الکتریکی را برای کنترل برهم کنش این مواد باحلالها،یونهای کوچک،مولکولها وماکرومولکولها بکار برد وفرآیند های انجام شده توسط آنها را با استفاده از وسایل اندازه گیری در محیط جدید قابل مشاهده ساخت.
 
تهیه پلیمرهای رسانا:
 
تهیه پلیمرهای رسانا بر خلاف پلیمرهای معمولی یک فرآیند ظریف وفوق العاده پیچیده می باشد.که لازم است بتوان ساختار مولکولی را بگونه ای متعادل ساخت که مناسبترین خواص شیمیایی ،مکانیکی والکترونیکی را دارا باشد.درحالیکه  انعطاف پذیری مولکولی مطلوب جهت خواص دینا میکی مورد نیاز در برقراری ارتباطات نیز بایستی حفظ شود.
 
پلیمرهای رسانا می توانند در سطح الکترود درون محلول تشکیل شوند.
 
واکنش پلیمریزاسیون تا زمانی پیش میرود که با ناخالصی ترکیب شده ودرنهایت قابلیت انحلال پلیمر از حد مشخصی تجاوز کند.ورسوب روی الکترود تشکیل شود.سپس پلیمر میتواند روی این نقاط فعال ایجاد شده رشد نماید وعمل رسوب گذاری ادامه یابد.
 
پلی پیرون یک فرصت استثنایی را بوجود می آورد زیرا می تواند با گستره وسیعی از یونهای همراه (A-)ترکیب شود.یک یا چندبرهمکنش مولکولی میتواند بوسیله ترکیب یونهای همراه مناسب تشدید گردد/پلیمرهای الکترو اکتیو رسانا با روش پلیمریزاسیون نیز تهیه می شوند.که واکنش به آسانی بابکار بردن اکسید کننده ای مانند Fecl3 شروع می شود.                      
 
اما اگر شکل کلوئیدی تشکیل شود در حضور پایدار کننده هایی مانند پلی وینیل الکل وپلی اتیلن اکسید نمونه هایی مناسبی از پلی پیرول وپلی آنیلین تهیه نمود.جهت تهیه کلوییدهای پلیمری رسانا به روش الکتروشیمیایی باید واکنش در حضور جریان وپایدار کننده مناسب انجام شودکه به این صورت امکان تهیه آنها با مشارکت طیف وسیعتری از یونهای همراه فراهم میشود.
 
برهم کنش های مولکولی:
 
اغلب سیستمهای پلیمری رسانا باید به طور کامل به درون دیگر ساختار ها انتقال یابند تا خواص فیزیکی ودینامیکی مطلوب بدست آید.بنابراین یکی از مشخصات لازم آنها قابلیت تهیه در شکلهای مختلف میباشد.
 
فیلمهای خود پایدار پلیمری رسانا را میتوان بطریق الکترو شیمیایی تهیه کرد.این نوع پلیمرها می توانند در میان دیگر ساختار ها نیز رشد کنند.
 
بعنوان مثال پلی وینیل الکل می تواند برروی الکترود رسوب داده شود.وپلیمررسانا درون آن رشد داده شود.همچنین میتوان آنها را بطریق الکتروشیمیایی درمیان هیدروژلهای نظیر پلی آکریل آمید رشد داد.
 
این قابلیت باعث می شود که خواص الکتروشیمیایی الکترواکتیورسانا با خواص مکانیکی عالی پلیمرهای معمولی ترکیب شود.
 
برای تعیین رفتار سیستمهای پلیمری رسانا در مقیاس مولکولی عکس العمل آنها نسبت به محرک های الکتریکی باید از ابزار وتکنیک هایی بهره جست که  اطلاعات را در زمان مربوطه به محقق وپژوهشگر بدهد.مثلاً از طیف های UV-Vis جهت مطالعه تغییر در خواص نوری که به هنگام اکسید اسیون واحیاپلیمر روی می دهد ونیز طبف سنجیFT-IR،طیف سنجی رامان،تکنیک های کروماتوگرافی و میکروسکوپ الکترونی جهت تعیین ویژگی مولکولی پلیمرها استفاده می شود.
 
بررسی چند ابداع جدید در مورد پلیمرهای هادی
 
1-اختراع یک روش برای استحکام پلیمرهای رسانا
 
2-موفقیت دانشجویی ایرانی در تولید سیم الکتریکی از پروتئین
 
3-درمان جدید پارکینسون وصرع
 
1-استحکام پلیمرهای هادی:
 
شیمی دانان کانادایی در دانشگاه مانیتوبا موفق شده اند روش تازه ای را برای بالا بردن میزان استحکام مواد پلیمری که در صنایع الکترونیک مورد استفاده هستند تکمیل کنند.به گزارش ایرنا حوزه الکترونیک پلیمر-بنیاد که در آن جای به استفاده از فلزات برای هدایت الکتریسیته از رشته های پلیمری استفاده می شود به واسطه آنکه مواد پلیمری از استحکام برخوردار نیستند.وبر اثر عبور جریان برق گرم می شوند وسختی واستحکام اولیه خود را از دست می دهند،رشد چندانی نداشته است.یکی از علل مقاومت کم رشته های پلیمری در برابر حرارت،موادی است که به عنوان ناخالصی به آنها افزوده می شود تا بر میزان قابلیت هدایت برق در آنها بیفزاید.می توان با متصل کردن رشته های مولکولهای پلیمر به هم بر میزان استحکام وسختی این مواد افزود اما اشکال این روش در آن است که پلیمر را به عایق الکتریسته مبدل می کند ومانع از استفاده از آن در صنایع الکترونیک می شود.
 
به نوشته نشریه علمی کمیکال ماتریالز،Chem.Mater شیمی دانان دانشگاه مانیتوبا پلیمر تازه ای به استفاده از ماده شیمیایی موسوم بر اسید آنیلینی بورونیک aniline boronic acid تولید کرده اند که بسیار مستحکم است وخود قادر به افزودن ناخالصی به ساختار داخلی خود به منظور بالا بردن توان هدایت الکتریسیته است.
 
برای تولید این نوع پلیمر اسید ایلینی بوروینک حرارت داده می شود واین امر موجب تغییر ساختار شیمیایی این مولکول وباعث می شود اتمهای بورون بادار در درون ساختار مولکول تازه به صورت رشته های زنجیره ای موای به یکدیگر متصل شوند.این امر سبب می شود هم بر استحکام پلیمر افزوده شود وهم توانایی هدایت الکتریکی آن بالاتر برود.
 
2-تولید سیم الکتریکی با استفاده از پروتئین
 
دانشجوی ایرانی دانشگاه«لینکوپینگ»سوئد موفق به تولید سیم الکترکی با استفاده از پروتئین شد به گزارش خبرنگار فن آوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)این رشته های نازک 10 نانومتری خود سازمان یافته وسازگار با سیستم های بیولوژیک هستند.
 
مهیار حامدی محقق ایرانی دانشگاه لینکوپینگ که با همکاری آناهرلند ودستیارانش در رشته الکترونیک آلی وبیومولکولار موفق به توسعه این تکنیک شده است می گوید:مابرای اولین بار پروتئین هایی ساخته ایم که به نحو بسیار خوبی جریان الکترکی راهدایت می کنند ومی توانند به عنوان نیمه رسانا در ترانزیستورها وسایر تجهیزات الکتریکی استفاده شوند.
 
یافته های این تحقیق نشان داده که میتوان نانوالگوهای کاملاً کارکردی وبا دانسیته بالا را در مواد الکترونیکی آلی ایجاد کرد.
 
تولید قطعات الکترونیکی انعطاف پذیر آلی،نیاز به فرآوری والگودهی مواد الکتروفعال از حلال ها دارد.با وجودی که چاپ وجوهر افشانی،معمول ترین روش های این کار هستند اما با استفاده ازاین روش ها ساختارهایی تولید می شود که در مقیاس میکرو وبالاتر بوده ودرنتیجه امکان ساخت نانو ابزار ها بااین روش ها وجود ندارد.
 
حال مهیار حامدی وهمکارانش با استفاده از روش جدیدی که مبتنی بر استفاده از یک نانو بستر  الاستومری بزرگ است براین مشکل فائق آمده اند.
 
این محققان الاستومر را در تماس با یک بستر پر شده با محلولی از یک پلیمر رسانا        (PEDOT-S)قرار داده وپس از خشک شدن محلول الاستومر را حذف کردند.این روش در نهایت منجر به تولید ساختار های کوچک تر از 100 نانومتر به صورت منظم ودر مقیاس وسیع می شود.
 
حامدی می گوید«جالب این است که پلیمر(PEDOT-S)حتی زمانی که الگوهای تولید شده کوچکتر از مقیاس میکرون هستند ،رسانایی الکتریکی خود را حفظ می کند.این امر در مورد سایر پلیمرهایرسانا تا کنون سابقه نداشته است.»
 
این گروه پژوهشی همچنین نشان داده اند که می توان با استفاده از این روش ،ساختارهای اتصال یافته ای همچون میکرو نانو  خطوط ونانوترانزیستور را تولید کرد.
 
حامدی می گوید در نهایت این امکان باید بوجود آید تا میله های متقاطع با دانسیته بالا را با پلیمرهای رسانا ایجاد کرده واز آنها در کاربرد هایی همچون حافظه ها وحسگرهای زیستی بهره برد.این دانشمندان در حال برنامه ریزی برای تولید ساختارهای کوچکتر وبررسی تشکیل میله های متقاطع هستند.
 
3-درمان جدید پارکینسون وصرع
 
دانشمند وفوق دکتری بیوپزشکی ایرانی با ابداع میکروالکترودهایی آغشته به پلیمرهای رسانا موفق شد میزان دریافت سیگنالهای نرونی را در مغز بهبود بخشد تا به این شکل بتواند درمانی جدیدبرای بهبود بیماران مبتلا به آسیبهای نخاعی ارائه کند.
 
محمد رضا عبیدیان میکرو الکترودهای کوچک را به پلیمری به نام(PEDOT)آغشته کرده است پلیمری زیستی ومقاوم ورسانا متشکل از نانوتیوبها که در جذب سیگنالهای نرونی نسبت به تراشه های فلزی معمولی از خود توانایی بیشتری نشان داده است.در واقع نوآوری  ابداع عبیدیان در تولید این پلیمرهاست زیرا این پوشش مقاومت وطول عمر الکترودها را افزایش داده وجذب سیگنالهای آنها را بهبود می بخشد .پلیمرهای رسانا که از مولکولهای ارگانیک تشکیل شده و     می توانند الکتریسته را هدایت کنند گزینه های مناسبی برای کاربردهای بیوپزشکی هستند برای مثال می توان از این پلیمرها به عنوان حد فاصل نرونها،حسگرهای زیستی وسیستمهای انتقال دارد استفاده کرد.
 
به گفته عبیدیان به منظور آزمایش ابتدا الکتروونرونی در مغز سه موش کاشته شد وتیم تحقیقاتی به مدت هفت هفته مقاومت الکتریکی وکیفیت ثبت سیگنالها در مناطقی که الکترودها در آن قرار گرفته بودند را تحت کنترل قرار دادند نتیجه  این آزمایش نشان داد نانوتیوبهای موجود در پلیمر پوشانننده الکترودها به خوبی توانستند کیفیت ثبت سیگنالهای نرونی را تا 30درصد بهبود بخشند که به نسبت الکترودهای فلزی معمولی پیشرفت قابل توجهی به شمار می رود.
 
براساس گزارش نشریه AdvancedMaterial ،محمد رضا عبیدیان محقق دانشگاه میشیگان     در بخش مهندسی بیوپزشکی معتقد است این میکروالکترودها می توانند امید به بهبود را در افرادی که به آسیبهای نخاعی وبیماریهای تخریب نرونی دچار شده اند افزایش دهد.
 
کاربرد های پلیمرهای رسانا:
 
معمولاً تغییر در خصوصیات پلیمرهای رسانا همراه با واکنش های اکسید واحیا همراه است که فشار کاربردهای مختلف از جمله ساخت باتریها-خازن ها،فعال کننده های اکسید واحیا،پنجره های هوشمند ،ترانزیستور پرینترهای جوهر افشان ،جوهر وچسب رسانا،پوشش های پودری،حسگرهاویا کنترل خوردگی شده است.
 
پلیمرهای فتو ولتایی:
 
اگر یک لایه حساس به نور مانند پلی فنیلن وینیلن بین دو الکترود قرار گیرد که یکی از آنها از جنس شیشه پوشیده شده با اکسید ایریدیم قلع ودیگری از جنس آلومینیوم یا کلسیم باشد.به هنگام تابش نور مولکوهای پلیمر بر انگیخته شده وانتقال الکترون به اوربیتالهای خالی باعث ایجاد جریان الکتریکی بین دو الکترود می شود هزینه تولید این نوع پلیمر بسیار ارزان بوده وانتظار می رود در آینده جهت ساخت دیوار وسقف ساختمانها بکار رود.
 
فرآیند بکار رفته در تجهیزات فتوولتایی میتواند بر عکس جهت تولید نور نیز استفاده شود.یعنی تحت یک میدان الکتریکی ،در اثر انتقال الکترونها بین لایه ظرفیت واربیتالهای خالی (آنروکاتد)فوتون یا نور ساطع میگردد.
 
تحقیقات در این زمینه سبب ساخته شدن پلیمرهایی شده است که میتوانند نورهایی به رنگ قرمز،آبی وسبز تولید نمایند.
 
مواد الکتروکروم(رنگزای الکترونی):
 
یکی از کاربردهای بسیار جالب پلیمرهای رسانا استفاده در ساخت تجهیزات الکتروکروم می باشد .مانند پلی تیوفن که می توانند در حالتهای مختلف رنگهای مختلفی داشته باشدیعنی در حالت اکسید به رنگ قرمز ودر حالت احیا به رنگ آبی در آید ویا پلی آنیلین که قابلیت تولید طیف وسیعی از رنگها را دارد.به همین دلیل از آنها در سیستمهای هشدار دهنده مشاهده ای رنگ وپنجره های هوشمند استفاده می شود.
 
فعال کننده های الکترومکانیکی :
 
تغییر در حجم پلیمرهای رسانا در اثر حرکت یونها در طول واکنش اکسید واحیا امکان استفاده از آنها را جهت تهیه ماهیچه مصنوعی مهیا نموده که این خود منشاء تحقیقات گسترده ای در زمینه ساخت اعضای مصنوعی مانند قلب وصورت شده است.
 
از آنجا که این پلیمرها انعطاف پذیر بوده وقابلیت تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی وحرکتی را دارند لذا تحقیقات وسیعی جهت استفاده آنها در ساخت قلبهای مصنوعی صورت گرفته است.درقلب طبیعی که شامل بافت قلب،خون جریان الکتریکی است انرژی مورد نیاز ماهیچه قلب توسط خون تامین می شود.اما در یک قلب مصنوعی که شامل منبع انرژی ،کنترل کننده الکتریکی،موتور الکتریکی سلونویید یا یک عنصر مشابه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی بوده وانرژی لازم از یک منبع انرژی که معمولاً یک باتری است کسب مینماید.
 
از آنجا که موتور الکتریکی جهت تامین نیروی پمپ بکار می رود لذا یکی از اهداف استفاده از پلیمرهای رسانا توسعه چنین پمپهایی است بطوریکه شبیه قلب طبیعی قابلیت انقباض  داشته باشد.
 
غشاهای هوشمند:
 
کنترل درونی برهم کنش های مولکولی تهیه غشاهای هوشمندی را ممکن میسازد که می توانند به عنوان دروازه های مولکولی عمل نمایند.با بکار بردن محرک الکتریکی ،یونها،مولکولها وماکروملکولهای مشخص اجازه عبور از میان این دروازه ها را میابند که در فرآیند های صنعتی ومحیط زیست آزمایش شده اند.
 
رها سازهای کنترل شده:
 
مولکولهای مشخصی مانند داروها وآفت کشها میتوانند در طول سنتز بر روی پلیمرها قفل شوند ومحرک الکتریکی در مواقع لزوم سبب رها سازی این مولکولهای فعال شود.
 
مانند کینونها که به عنوان عامل ضد مالاریا میتوانند از روی پلی پیرول به این طریق رها شوند.
 
حسگرها:
 
قابلیت کنترل برهم پلیمربا یونهای ساده،مولکولها ویا حتی ماکرومولکولها ومشاهده سیگنالهای الکتریکی تولید به هنگام بر هم کنش با گونه های دیگر باعث توسعه تکنولوژی وکاربرد آنها در سیستمهای محیطی،صنعتی ومشاهدات پزشکی شده است.مثلاً با مشارکت دی تیو کار با مات درون پلی پیرول یک حسگرها حاصل می شود.قابیلت پاسخ انتخابی به +2 CU یا سرم آلبومین انسانی دارد.
 
 
 
بررسی سه نوع کاربرد مهم از پلیمرهای هادی :
 
1-روکش های ضد خوردگی کاتدی وسدهای الکترولیتی
 
2-جداسازی کروم از پساب صنایع آبکاری با استفاده از پوشش ها وکامپوزیت های پلیمری ومقایسه با جاذب های تجارتی
 
3-مطالعه خواص ضد خوردگی کامپوزیت پلی پیرول/پلی آنیلین (به عنوان پلیمر هادی)با استفاده از روش های الکتروشیمیایی
 
 
 
 
 
روکش های ضد خوردگی کاتدی وسدهای الکترولیتی :
 
این اختراع به بررسی روشی جهت افزایش مقاومت به خوردگی فلزات می پردازد،در برابر روشهای موجود فواید بسیاری دارد.این سیستم دارای یک روکش کاتدی دارای اجزای پلیمری وذرات فلزی فدا شونده است.یکی از انواع روکش های مقاوم در برابر خوردگی،روکش های مانع مانند روکش های کروم ونیکل می باشند که فلز را از محیط اطراف جدا می کنند این دسته از روکش ها به دلیل فعال بودن الکترو شیمیایی،پتانسیل ذاتی خوردگی دارندوبا تشکیل پیل گالوانیک مشکلاتی ایجاد می کنند.
 
دسته دیگر روکش ها،روکش های فداشونده که با محیط خورنده واکنش داده ومصرف می شوند ولی بستر حفاظت می گردد.
 
این نوع روکش دهی به زیر مجموعه هایی نظیر واکنش دهنده شیمیایی،روکش کروماته،روکش های فعال الکتروشیمیایی (شامل موادی مانند آلومینیوم،کادمیم،منیزیم وروی)تقسیم شده وبه حفاظت کاتدی معروف می باشند.روش های قدیمی به دلیل مشکلات زیست محیطی وبخار شدن روکش ها مشکل زا می باشند.
 
در این اختراع سیستم روکش دهی جدید ارائه شده است که بتواند به گونه ای موثر،اقتصادی ومتناسب با محیط زیست مشکل خوردگی زمینه های مختلف را حل کند.روکش ابداع شده قابل استفاده برای زمینه های آهنی وغیر آهنی بوده وکنترل کاتدی خوردگی به کمک روکش دهی توسط پلیمرهای رسانا واجزای فلزی فدا شونده آندی انجام می گیرد.
 
روکش دهی با پیش مخلوط سازی پلیمرهای رسانا با اجزای فلزی آندی انجام می شود وکامپوزیتی رسانا از پلیمر فلز را جهت روکش دهی ایجاد دو نوع روکش برای جلوگیری از خوردگی وجود دارد.
 
در این روش یک زمینه پلیمری رسانا باذرات آندی گالوانیکی فلزی پخش شده در زمینه ترکیب می شوند وکامپوزیتی رسانا ایجاد می کنند .این روکش به سطح فلز زمینه اعمال می شود  وحفاظت کاتدی ایجاد می کند،که مقاومت به خوردگی را افزایش می دهد.
 
با مخلوط کردن یک چسب رزینی انتخاب شده از گروه رزین های ضد آب وضد محلول ویک عامل اصلاح کننده با مخلوط ،روکش مناسب ایجاد می شود.عمل مخلوط کردن ذرات فلزی با زمینه پلیمری رسانا در دمای 100 تا 220 درجه فارنهایت به مدت زمان کافی انجام می شودتا گاز هیدروژن از مخلوط خارج می گردد.
 
در مخلوط سازی ابتدا ترکیب مورد نظر با چسب رزینی مخلوط می شودومرحله بعد شامل مخلوط کردن با عوامل اصلاح کننده می باشد این روش همچنین شامل مرحله ترکیب مقدار مشخصی از خاک رس پلیمری با مخلوط قبل از مرحله ترکیب شدن مخلوط کامپوزیتی با چسب رزینی وعوامل اصلاح کننده می باشد.
 
درصد حجمی پلیمر رسانا 1تا 35% روکش می باشد ودرصد حجمی فلزی 5تا %20 کل روکش است.
 
ترکیب پلیمر رسانا شامل یکی از پلیمرهای پلی آنیلین ،لیگنوسولفوریک،پلی پیرول،پلی تیوفن،پلی استلین ،پلی فنیلین می باشد .
 
ذرات فلزی نیز از جنس عناصر آلومینیوم،منیزیم،کادمیم،روی وآلیاژهای این فلزات                  می باشند.چسب رزینی نیز از گورهای اپوکسی،رزین طبیعی ،رزین های اسیدی،پلی استر          می باشد.ترکیب عامل اصلاح کننده نیز می تواند یکی از ترکیبات سولفونامید،ایندرید،رادیکال آزاد وانواع آمینی باشد.روکش دهی در این روش به صورت پودری بوده وبصورت الکترواستاتیکی انجام می گردد.