پلی تیوفن یا PT چیست؟

دسته: مقالات منتشر شده در 17 مهر 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 3518

پلی تیوفن یا PT به چه ماده ای گفته میشود و چه خواصی دارد؟

پلی تیوفن نوعی تیوفن بسپارش شده یا ناجورحلقه ی سولفوری است. این ماده سفید رنگ بوده و حالتی جامد دارد و فرمول شیمیایی ان نیز (C4H2S) میباشد.

پلی تیوفنها یکی از مهم ترین گروه های پلیمر های الحاقی هستند و به عنوان نیمه رساناها در ترانزیستورهای ارگانیک متاثر از میدان به کار برده میشوند. در سالهای اخیر پلیمر های تیوفن محور زیادی  برای تولید محصولات کم هزینه، انعطاف پذیر و حجیم  به کار برده شده اند که ناشی از خواص الکتریک نوری انها میباشد. همچنین  پیشرفتهای زیادی در حوزه ی استفاده از  نیمه رساناهای ساخته شده از این ماده در ترانزیستورهای پر بازده صورت گرفته است.

پلی تیوفن یا PT زمانی که اکسید شود، حالتی رسانا پیدا میکند. این رسانایی الکتریکی از جابجایی الکترونها در پیکره اصلی ماده بوجود می اید. اگرچه رسانایی تنها خاصیتی نیست که از جابجایی الکترونها در این پیکره بوجود می اید، بلکه خواص ظاهری ماده یاد شده به تغییرات محیط اطراف واکنش نشان میدهند و زمانی که دما، نوع حلال و پیوند به سایر مولکولها دچار تغییراتی شوند، رنگ پلی تیوفن یا PT دگرگون خواهد شد.

پیچش پیکره اصلی پلیمر و نابودی پیوندها  باعث میشوند تا پلیمر های الحاق یافته به سنسوری تبدیل شوند که قابلیت ارائه پاسخ های الکترونیکی و بصری را دارد.

توسعه ی پلی تیوفن یا PT و سایر پلیمر های ارگانیک رسانا زمانی صورت گرفت که جایزه نوبل شیمی  در سال  2000به Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid, and Hideki Shirakawa تعلق گرفت. این افراد موفق به کشف و توسعه ی پلیمرهای رسانا شده بودند.

 

مکانیزم رسانایی و آلایش پلی تیوفن یا PT چگونه است؟

پلی تیوفن یا PT نوعی پلیمر ارگانیک معمولی است، حالتی جامد و سفید رنگ داشته و در اغلب حلال ها حل میشود. زمانی که این ماده در معرض عاملهای اکسید کننده مانند پذیرنده های الکترونی قرار گیرد،  رنگی تیره پیدا میکند و رسانا میشود. اکسیداسیون با واژه آلایش نیز معرفی میشود.  حدود 0.2 درصد از اکسایش گر ها به منظور ایجاد حالتی رسانا در این ماده به کار برده میشوند. در فرایند یاد شده از اکسایش گر های متفاوتی استفاده میشود. به دلیل واکنش احیا، فرم رسانای پلی تیوفن یک نمک است. در اصل، ماده یاد شده را میتوان بارها با استفاده از عوامل کاهش دهنده اکسایش کرد ولی این رویکرد خیلی کم مورد استفاده قرار گرفته است. پس از اکسایش این ماده، واحدهای دارای بار با نام بای پلارون شکل میگیرند. بای پلارون به عنوان یک واحد در طی زنجیره پلیمری حرکت میکند و مسئول رسانایی میکروسکوپی ماده است. رسانایی ممکن است به مقدار 1000 زیمنس بر سانتی متر هم برسد. در مقابل ان، مس قرار میگیرد که رسانایی 5*105 زیمنس بر سانتی متر دارد. به طور کلی میزان رسانایی پلی تیوفن یا PT کمتر از 1000 زیمنس بر سانتی متر است ولی  برای تولید بیشتر محصولات مانند فیلم های ضد الکتریسیته ساکن به رسانایی بالایی نیاز نیست.

 

اکسایش گرها

از عوامل مختلفی به منظور اکسایش پلی تیوفن یا PT استفاده میشود . ید و برم موادی با رسانایی خیلی بالا تولید میکنند که به دلیل تبخیر کند هالوژن ها حالتی ناپایدار دارند. اسید های ارگانیک مانند تری فلوئورواستیک، پروپریونیک اسید و سولفونیک اسید نوعی از پلی تیوفن یا PT با رسانایی کمتر از ید را تولید میکنند ولی پایداری محیطی انها بالاتر است.

بسپارش اکسیداتیو با  کلروفریک  میتواند منجر به اکسایشی شود که در ان کاتالیزور های باقی مانده  نقش دارند. اگرچه مطالعات مرتبط با طیف سنجی جرمی و یونی سازی یا دفع  لیزری به کمک ماتریس نشان داده اند که  پلی3- هگزیل تیوفنها هم تا حدی توسط عاملهای اکسید کننده باقی مانده هالوژنه میشوند.

پلی 3-ا وکتیل نتیوفن که در تولوئن حل میشود، میتواند به فیلم هایی با رسانایی 1 زیمنیس بر سانتی متر تبدیل شود. سایر اکسید کننده های این ماده که به مقدار کمتری مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: تری کلرید طلا و تری فلوئورومتان سوفلونیک اسید.

 

ساختار و خواص ظاهری پلی تیوفن یا PT چگونه است؟

طول پیوندهای الحاقی: سیستم گسترده ی π محور در پلی تیوفن های پیوندی باعث میشود تا این مواد خواصی فوق العاده داشته باشند و یکی از انها ویژگی های ظاهری است. به طور تخمینی، پیکره اصلی این ماده میتواند مثالی واقعی از راه حل الکترون در جعبه برای معادله ی Schrödinger باشد. اگرچه هنوز توسعه هایی در حوزه ی مدلهای بهبود یافته به منظور پیش بینی دقیق جذب و طیف فلورسنتی سیستم ها تیوفنی مناسب صورت میگیرد. تعداد حلقه های هم صفحه شاخصی برای طول پیوند است. هر چقدر طول زنجیره الحاقی بیشتر باشد، میزان جدایی سطوح انرژی متجانس کمتر خواهد شد و در نهایت طول موج جذب بالاتر خواهد رفت. ممکن است به طور دائمی حالت هم صفحگی دچار تغییراتی شود که ناشی از پیوندهای نامناسب در طی ترکیب یا زنجیره های جانبی حجیم است. انواع موقت این تغییرات هم میتوانند ناشی از تغییرات محیطی یا پیوندی باشند. پیچش پیکره اصلی میتواند طول پیوند را کاهش دهد و جدایی بین سطوح انرژی افزایش خواهد یافت. در نهایت طول موج جذب هم کوتاه تر خواهد بود.

تعدادی از عوامل محیطی میتوانند باعث پیچش پیکره اصلی ماده شوند و طول ان را کاهش دهند و تغییری در جذب بوجود اورند مانند دما، حلالها، استفاده از میدان های الکتریکی و یونهای حل نشده. نوار جذب پلی 3- تیوفن استیک اسید در محیط های آبی پلی ونیل الکل از مقدار 480 نانومتر در PH=7 به مقدار 415 نانومتر در 4=PH خواهد رسید. این موضوع به شکل گیری یک ساختار مارپیچی فشرده نسبت داده میشود که میتواند پیوندهای هیدروژنی را تشکیل دهد.

تغییرات نوار جذب این ماده ناشی از تغییرات دما و سپس انتقال سازنده از یک هم صفحه یا ساختار میله مانند در دمای پایین به یک غیر هم سطح یا ساختار مارپیچی در دماهای بالاتر می باشد. به عنوان مثال پلی 3- اوکتی لوکسی و 4-متیل تیوفین در دمای 250 درجه سانتی گراد رنگ قرمز–بنفش دارند و در دمای  150درجه سانتی گراد به زرد روشن تبدیل میشوند.

اثرات ظاهری: ویژگی های ظاهری این ماده میتوانند در مقابل فاکتورهای مختلفی حساس باشند. استفاده از الکترورنگی ها یا یون های قلیایی  میتواند تغییراتی در میزان ذوب ماده یاد شده بوجود اورند. انواع محلول پلی تیوفن یا PT در کلروفورم و 2.5 دی متیل تتراهیدروفوران دارای خواص رنگ پذیری گرمایی و رنگ پذیری حلال پوشی میباشند.

 

جایگزین های پلی تیوفن یا PT کدامند؟

پلی تیوفن یا PT و عاملهای مشتق شده از ان دارای خواص فراوری ضعیفی هستند و در حلالهای معمول حل نشده و به راحتی هم ذوب نمیشوند. به عنوان مثال انواع اکسید شده این ماده فقط در حلالهای ویژه مانند ارسنیک تری فلوئورید و ارسنیک پنتافلوئورید حل میشوند. اگرچه ماده یاد شده قابلیت فراوری پایینی دارند ولی خواصی مانند پایداری گرمایی بالا و رسانایی الکتریکی خیلی مطلوب در فیلم های ساخته شده از این ماده، ان را به گزینه ای ایده ال تبدیل کرده اند. پلی تیوفن های محلول که به عنوان پلیمر های مشتق شده از 3- الکیل تیوفن ها شناخته میشوندو پلی الکیل تیوفن ها را می سازند، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.

همانطور که پیش از این نیز یاد شده، پلی تیوفن ماده ای رسانا بوده و این رسانایی معمولا به مقادیر بالایی از زیمنس بر سانتی متر میرسد. علاوه بر ان پلی تیوفن یا PT دارای پایداری گرمایی و شیمیایی خوبی نیز میباشد. ایجاد عاملهای  بیشتر برای  این ماده میتواند باعث فعال سازی گزینشهای حسی و خواص الکتروکاتالیزوری  شود. این ماده میتواند با بسپارش مستقیم مونومرها یا جایگزینی پیکره های آماده پلی تیوفن به عنوان واحد های شناسایی بیوسنسورها مورد استفاده قرار گیرد. جایگزینی پیکره های پلی تیوفن نیز برای ساکن سازی انزیم ها یا آپتامرها در لایه های پلی تیوفن به کار برده میشود. به عنوان مثال  Floch و دیگران  نوعی مبدل پلی تیوفنی محلول در اب، کاتیونیک و الکترواکتیو را تولید کردند .  مبدل های این ماده میتوانند به صورت قوی و متمایز با پیکره اصلی الیگو نوکلئوتید هایی ارتباط برقرار کنند که دارای بار منفی میباشند. این واکنش باعث ترارسانی هیبریداسیون هم دمای اتاق به سیگنالهای الکتریکی میشود و در نهایت امکان کشف هدف های نامشخص DNA را بوجود می اورد.

حلالیت در آب خاصیتی مهم برای مولکولهای زیستی بوده و مشتقات پلی تیوفن ها هم به دلیل خواص الکتریک نوری خود، گزینه ای مناسب برای این مورد میباشند. یک زنجیره پلی تیوفنی اولیه اب گریز میباشد و پس از دریافت گروه های یونی یا زنجیره های پلیمر های  آبدوست بروی پیکره  اصلی خود، قابلیت انحلال در اب را پیدا میکند.

 

مصارف پلی تیوفن یا PT کدامند؟

پلی تیوفن یا PT و مشتقات ان پتانسیل زیاد ی دارند که به عنوان پلیمر های رسانا ی برق با مصارف پزشکی و زیستی به کار برده شوند. این پلیمر های نیمه رسانا ی ارگانیک، نسبتا نرم بوده و یونها و الکترون ها را عبور میدهند و سمیت سلولی انها کم است. امکان ایجاد تغییرات شیمیایی کم  نیز برای انها ممکن است. علاوه بر ان کاهش مقاومت ظاهری الکتریکی الکترودهایی که با این ماده پوشیده شده اند،  تاثیری بر ارتباطی پایدار بین دستگاه ها و تجهیزات  زیستی ندارد. این پلیمر ها مصارف زیادی در ساخت لوازم پزشکی مانند دستگاه های تشخیصی، درمانی، تحویل دارو، تصویربرداری، ایمپلنت و اعضای مصنوعی دارند.