POL

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POLÍMEROS CONDUCTORES

• Iván Julián Fontán García
• Darren John Shepley
• Carmen Carrión Murcia

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1.- INTRODUCCIÓN HISTORIA Y DESARROLLO

• Premio Nobel de Química 2000
• Alan Heeger, Alan MacDiarmid, Hideki
  Shirakawa (desarrollo de la física de
  semiconductores)

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• 1935 nylon-66.
• Algunas tribus indígenas ya usaban la resina del
  caucho como algo similar a un zapato.
• 1977 se sintetizó el primer plástico conductor.
• 1981 se fabricó la primera batería con
  electrodos de plástico conductor.
• El descubrimiento de los polímeros conductores
  sucedió por accidente

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2.- ESTRUCTURA
Dos moléculas de poliacetileno

• Los átomos de C están unidos entre sí por una
  serie alternativa de enlaces dobles y
  simples(C-CC-CC- )
• Característica general de todos los polímeros
  conductores
• hiperconjugación de enlaces.

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3.- SÍNTESIS DE POLÍMEROS CONDUCTORES

• Por medios químicos la síntesis y el dopado se
  producen por etapas.
• Por medios electroquímicos la síntesis y el
  dopado se producen simultáneamente.

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4.- CARACTERIZACIÓN

• La ciclovoltametria muestra los potenciales a los
  cuales los procesos de oxidación y reducción
  ocurren.
• La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) da
  evidencias del tipo de enlace que se forma
  durante la polimerización y también muestra
  resultados sobre el tipo de dopado.

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• La XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) también
  provee información como la naturaleza de la
  especie dopante, grado de dopado, y los sitios de
  polimerización.
• El microscopio electrónico de barrido
• (SEM).

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PROPIEDADES
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Conductividad

• Para que un polímero pueda conducir la corriente
  eléctrica debe poseer mas o menos electrones de
  lo que normalmente le correspondería.
• Debe estar compuesto por enlaces simples y dobles
  alternados entre los átomos de carbono. Esto
  permite que los electrones adicionales o los
  huecos de electrones puedan moverse a lo largo de
  la molécula.

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• Los polímeros pueden ser dopados mediante la
  adición de pequeñas cantidades de ciertos átomos
  que modifican sus propiedades físicas.
• Al  dopar  el  poliacetileno  con  vapor  de
   yodo, Shirakawa logró aumentar la conductividad
  del poliacetileno en mil millones de veces.

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• Se ha podido emplear el dopaje en polianilinas,
  polipirroles y politiofenos, logrando aumentar
  considerablemente la conductividad eléctrica.

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• Los dopantes conocidos como tipo p eliminan
  electrones de la banda de valencia, dejando a la
  molécula cargada positivamente.
• Los  dopantes  tipo  n agregan electrones a la
  banda de conducción de esta manera, la carga de
  la molécula resultará de signo negativo.
• La oxidación del polímero neutro se denomina
  dopado-p y la reducción dopado-n.

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Electrocromismo(Cambios de color)

• Un cambio en el estado electrónico del polímero
  afecta las propiedades electrónicas y ópticas.
• Este cambio de color asociado al estado de
  oxidación se denomina electrocromismo.
• Esta propiedad es fundamental para
  la fabricación de dispositivos electrocrómicos,
  ventanas inteligentes y papeles electrónicos.

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En una ventana inteligente los cambios de color
responden a las variaciones de la luz del sol o
de la temperatura.Para bloquear la luz del sol
se aplica un potencial positivo que causa el
dopado oxidativo del polímero, lo que se traduce
en una coloración intensa.
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Baterías recargables
APLICACIONES
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Baterías recargables

• Son de menor peso
• El uso de electrodos de plástico evita el
  desgaste mecánico asociado a la
  disolción/deposición del electrodo que ocurre
  durante el proceso de carga y descarga de las
  baterías comunes
• Los polímeros no contienen sustancias tóxicas ni
  contaminantes
• Más ligeras, flexibles y con una gran capacidad
  de aceptar y donar carga eléctrica
  reversiblemente
• Larga vida y producen una densidad de energía
  varias veces mayor que las de los automóviles
• La velocidad de descarga es espontánea y es menor
  que el de las clásicas

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Actuadores. Músculos Artificiales
Movimiento de una bicapa polímero conductor/cinta
adhesiva, con la distribución de tensiones entre
el polímero y la cinta y con los movimientos de
aniones
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Actuadores. Músculos Artificiales
En un actuador tricapa, el mecanismo de actuación
es básicamente el mismo que en la bicapa, sólo
que mientras una película de PC se contrae la
otra se expande, la capa soporte se encarga de
mantener eléctricamente separadas las dos
películas.
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Actuadores. Músculos Artificiales
Comparación con los naturales

• Naturales
• Cambios conformacionales de Miosina (ATP?ADP)
• En contracción

• Artificiales
• Tranformación de energía eléctrica ? variaciones
  conformacionales
• En expansión-contracción

• Cambios conformacionales?cambio de volumen
  ?trabajo mecánico
• El proceso ocurre a una T constante y en medio
  acuoso
• Intercambio de iones con el medio

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Nervios Artificiales

• El electrodo polimérico responde ante la
  concentración del medio con un potencial
  eléctrico.
• Dispondremos de una Interfase
• Adecuada, biocompatible y sensible.
• Capaz de recibir señales eléctricas y
  transformarlas en iónicas ? Sistema Nervioso.
• Capaz de responder ante una variación de la
  concentración iónica (pulso nervioso)
  transformándola en una señal eléctrica.

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Recubrimientos Anticorrosivos

• Alternativa para la protección contra la
  corrosión de sustratos ferrosos y no ferrosos
• Película de polímero conductor como ánodo de
  sacrificio ? Protege galvánicamente el sustrato
• No han sido desarrollados a la perfección

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Materiales Sensores

• Biosensor ? reconocimiento de moléculas
• Produce una señal eléctrica proporcional a la
  concentración de un analito
• Solución a los problemas de solubilidad y
  estabilidad de los intercambiadores de e-
• Aplicaciones biomédicas ? biosensores de glucosa
• Sensor Analítico
• Poder de cambiadores iónicos de los PC ? detectan
  y separan iones ( de disoluciones acuosas u
  orgánicas) ? Polipirrol
• Versatilidad y bajo coste de fabricación
• Baja precisión de los resultados

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Otras aplicaciones

• Farmacología
• Membrana separadora de gases
• Escudos electromagnéticos
• Membranas para la depuración de aguas

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Otras aplicaciones

• LEDs y Fotodiodos

• Los PC pueden ser excitados por
• Fotones incidentes desde una fuente de luz ?
  Fotoluminiscencia
• Inyección de cargas desde electrodos ?
  Electroluminiscencia
• Absorción óptica ? Fotovoltaico

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Otras aplicaciones

• Debidas al electrocromismo de los PC

• Ventanas inteligentes
• Pantallas planas y dispositivos de visualización
• Espejos inteligentes
• Filtros ópticos

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FIN