Bảo vệ kim loại chống ăn mòn bằng vật liệu polyme dẫn điện cấu trúc nano

ĐỀ TÀI Bảo vệ kim loại chống ăn mòn vật liệu Polyme dẫn điện cấu trúc nano Thời gian thực hiện: 2005 - 2006 Cơ quan chủ trì: Viện Kỹ thuật Nhiệt Đới Chủ nhiệm: TS Nguyễn Thị Lê Hiền Cán tham gia: TS Nguyễn Thị Lê Hiền, TS Nguyễn Tuấn Anh, TS Đinh Thị Mai Thanh, TS Lê Thu Quý, ThS Nguyễn Văn Khương, KS Vũ Văn Bình, KS Lê Đức Bảo, ThS Phạm Thị Phượng, ThS Lý Quốc Cường Tổng kinh phí: 270 triệu Mục tiêu Tập trung nghiên cứu vào 02 loại vật liệu sau: (i) lớp phủ nanocomposit bền ăn mòn tổng hợp phương pháp điện hóa (ii) nghiên cứu tổng hợp polyanilin dẫn điện kích thước nano khả bảo vệ chống ăn mịn Nội dung nghiên cứu Lớp phủ nano - composit bền ăn mòn tổng hợp phương pháp điện hóa - Nghiên cứu trình thụ động thép dung dịch tạo Ppy - Tổng hợp màng Ppy phương pháp điện hóa - Nghiên cứu đặc tính màng - Khả bảo vệ chống ăn mòn màng polime dẫn điện - Lớp phủ liện hợp polime dẫn /Epoxy Nghiên cứu tổng hợp polyanilin dẫn điện kích thước nano khả chống ăn mịn - Chế tạo kích thước nano - Nghiên cứu tính chất PAni thu - Sử dụng PAni kích thước nano bảo vệ chống ăn mòn kim loại - Sử dụng lớp phủ Epoxy chứa PAni làm lớp phủ lót Kết đạt Nghiên cứu chế tạo thành công màng nano-composit bền ăn mòn sở Ppy nano oxit sắt trực tiếp thép dung dịch tetraoxalat 0,05M, có mặt chất hoạt động bề mặt DS 10-4M chứa 1g/l nano oxit sắt với hiệu suất ổn định khoảng 60% Các kết quản phân tích phổ raman, CS-AFM nghiên cứu chế bảo vệ chống ăn mòn lớn phủ composit có mặt nano oxit sắt Ppy làm cho màng polime dẫn sít chặt hơn, trạng thái oxy hóa cao hơn, có khả cung cấp điện tích dương kim loại bị ăn mịn đưa sắt thép vào trạng thái thụ động (khả tự sửa chữa) γ-Fe2O3 có mức độ oxy hóa cao lại có từ tính, hiệu bảo vệ cao so với Fe3O4 Màng Ppy/γ- Fe3O4 (dầy 3-4µm) bảo vệ kim loại dung dịch NaCl 3% khoảng 644 giờ, gấp lần so với màng Ppy/γ- Fe3O4 gấp 17 lần so với lớp phủ vắng mặt oxit Trong môi trường axit, màng phủ có khả bảo vệ kim loại khoảng 130 HCl pH2 khoảng 2000 H2SO4 pH2 Lớp phủ liên hợp nano composit Ppy/γ- Fe2O3 epoxy (dầy 26-27µm) có khả bảo vệ kim loại 20 tuần, màng epoxy vắng mặt lớp lót bị ăn mịn sau ngày thử nghiệm Đã tổng hợp thành cơng PAni kích thước nano (nanotube, nanowire nano particle) phương pháp hóa học điện hóa dung dịch khác có khơng có mẫu dưỡng (CNT, Al2O3, SiO2, ZnO) Với hàm lượng tối ưu nhỏ 1% PAni particle phân tán lớp phủ epoxy cải thiện đáng kể khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ epoxy (ngoại trừ PAni tổng hợp H2SO4) PAni tổng hợp mơi trường trung tính cho hiệu chống ăn mòn gấp 10 lần so với PAni tổng hợp môi trường axit Tuy nhiên, thử nghiệm mù muối với khuyết tật nhân tạo cho thấy PAni tổng hợp môi trường axit cho khả tự sửa chữa cao hơn, tương đương với lớp phủ chứa lớp lót cromat Trong mơi trường thử nghiệm H2SO4, lớp phủ chứa PAni tổng hợp môi trường axit có khả bảo vệ tương đương với lớp phủ chứa lớp lót cromat mơi trường thử nghiệm HCl, hiệu bảo vệ không cao lớp phủ chứa lớp lót cromat Khi dùng lớp phủ epoxy chứa PAni làm lớp lót, hệ phủ epoxy có dịng ăn mòn tốc độ ăn mòn giảm bậc độ lớn so với lớp phủ epoxy vắng mặt PAni chiều dầy tổng Việc sử dụng màng nano-composit Ppy/oxit lớp phủ epoxy chứa PAni lớp lót hệ sơn phủ làm tăng đáng kể hiệu bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ hữu Kết đào tạo Đã đào tạo 03 thạc sỹ, 03 sinh viên trường ĐHSP Hà Nội ĐHQG Hà Nội Sản phẩm khoa học Hơn 20 cơng trình nghiên cứu liên quan đến đề tài cơng bố tạp chí khoa học hội nghị, hội thảo Dùng polyme để chống ăn mòn kim loại Các hợp chất cromat sử dụng rộng rãi để chống ăn mòn cho bề mặt kim loại Tuy nhiên, hợp chất có nhược điểm lớn chứa crom hóa trị - chất gây ung thư nguyên nhân gây ung thư phổi Vì cromat nguy hiểm sức khỏe người nên Cục quản lý an toàn sức khỏe nghề nghiệp Mỹ đề nghị giới hạn mức phơi nhiễm cromat nơi làm việc mức 1μg/m3 (giảm 50 lần so với giới hạn Mỹ nhiều nước châu Âu) Do đó, nỗ lực nghiên cứu chất thay cromat thực trường đại học công ty tư nhân Mỹ, mục đích sản xuất polyme dẫn điện Có số lý thuyết nói chế bảo vệ kim loại polyme dẫn điện Chúng tạo lớp chắn bề mặt kim loại, tạo lớp oxit kim loại (thụ động hóa) bảo vệ bề mặt kim loại hình thành điện trường bề mặt kim loại, hạn chế dòng điện tử từ kim loại đến chất oxy hóa Các nhà nghiên cứu Zarras John Stenger Smith China Lake, California phát triển polyme dẫn điện có tên gọi poly (2,5-bis(N-metyl-N-hexylamin)phenylen vinylen) (BAM-PPV) có khả thay cromat BAM - PPV vật liệu bán dẫn có khả kìm hãm ăn mịn hợp kim nhơm thí nghiệm sương muối trung tính Hiện nay, Zarras thử nghiệm công thức ông hợp kim nhơm - đồng có tên 2024-T3 thường sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp hàng không vũ trụ Công ty Crosslink thử nghiệm chất ức chế ăn mòn nghiên cứu 2024-T3 Chất ức chế gọi DMcT (2,5- đimecapto-1,3,4-thiazol) sử dụng làm chất kích tạp polyanilin, loại polyme dẫn điện dùng để sơn kim loại Theo Crosslink, DMcT anion Khi ăn mòn xảy ra, lớp phủ giải phóng anion làm ngừng trình ăn mịn, giống chế cảm biến - đáp ứng thực màng sơn thông minh Polyanilin polyme dẫn điện khác có bổ sung DMcT sử dụng làm lớp phủ kim loại Khi lớp phủ bị phá vỡ ăn mịn xảy Lớp phủ polyanilin tích điện dương cịn DMcT tích điện âm, chất ức chế giữ lại lớp phủ Tuy nhiên, polyanilin bị khử oxy hóa kim loại trở thành trung tính đẩy anion khỏi lớp màng Như vậy, có giải phóng anion theo cách kiểm soát Một hướng nghiên cứu khác chất polyme thay thực đại học Rhode Island nơi mà nhà nghiên cứu phát triển polyme sợi kép có chứa polyanilin Hai sợi đan xen vào giống hình xoắn kép ADN Các nhà nghiên cứu sử dụng hợp kim 2024-T3, họ thấy rằng, polyme dẫn điện tạo bảo vệ tương tự cromat khoảng thời gian dài, số quy trình thử phun muối theo tiêu chuẩn cơng nghiệp q trình thử nghiệm phịng thí nghiệm Khi polyme bổ sung vào lớp mạ điện sử dụng để bảo vệ thân xe ơtơ, làm tăng hiệu lớp mạ Có dịng polyme khác sử dụng Dòng thứ polyme dẫn điện, polyanilin; dịng thứ hai polyme tích điện âm, ví dụ axit polyacrylic, để làm ổn định polyanilin Axit polyacrylic bổ sung vào nhằm giúp cho việc phối trộn polyme với nhựa gốc để phủ kim loại Các polyme dùng thay cromat khơng có tính chống ăn mịn mạnh mà chúng cịn kinh tế dễ gia công NGUYỄN HƯƠNG Theo Chemistry & Industry, 4/2005 Phịng Nghiên cứu Sơn bảo vệ PHỊNG NGHIÊN CỨU SƠN BẢO VỆ Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ phịng chun mơn Viện Kỹ thuật nhiệt đới Thành viên phịng Phịng có cán biên chế gồm tiến sĩ, thạc sĩ, 1cử nhân, kỹ sư TS NCVC Tơ Thị Xn Hằng, Trưởng phịng, hang@vnd.vast.ac.vn TS NCVC Trịnh Anh Trúc, Phó trưởng phịng, truc@vnd.vast.ac.vn TS NCVC Nguyễn Tuấn Dung, ndung@vnd.vast.ac.vn TS Bùi Trần Lượng, luong@vnd.vast.ac.vn ThS Phạm Gia Vũ, pvu@vnd.vast.ac.vn CN Vũ Kế Oánh, oanh@vnd.vast.ac.vn KS Nguyễn Sĩ Ly, ly@vnd.vast.ac.vn Lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động: Nghiên cứu Lớp phủ hữu cơ: Nghiên cứu ảnh hưởng chất tạo màng, pigment phụ gia đến tính chất bảo vệ lớp phủ Nghiên cứu chế bảo vệ chống ăn mòn màng sơn Thử nghiệm gia tốc phơi mẫu tự nhiêm hệ lớp phủ hữu Nghiên cứu xử lý bề mặt thép trước sơn không độc hại, thân thiện môi trường Nghiên cứu ứng dụng phụ gia cấu trúc nano chế tạo lớp phủ polyme nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn kim loại Nghiên cứu chế tạo phụ gia nano mang ức chế ăn mòn Nghiên cứu chế bảo vệ chống ăn mòn màng nanocompozit Polyme dẫn: Tổng hợp polyme dẫn phương pháp điện hóa hóa học Nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn kim loại polymer dẫn, sử dụng polyme dẫn phụ gia ức chế ăn mòn kim loại Ứng dụng polyme dẫn chế tạo sensor môi trường Triển khai: Hợp tác nghiên cứu triển khai với lớp phủ bảo vệ hữu bảo vệ chống ăn mòn kim loại sở cơng nghiệp: - Tập đồn than khống sản Việt Nam - Cơng ty Sơn Hải Phịng - Viện Luyện kim đen - Tổng công ty xăng dầu Đào tạo: - Đào tạo Tiến sĩ, thạc sĩ, thực tập tốt nghiệp lĩnh vực khoa học vật liệu , bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ hữu Hợp tác quốc tế: Hợp tác quốc tế lĩnh vực lớp phủ bảo vệ hữu cơ, thân thiện mơi trường, ức chế ăn mịn kim loại, vật liệu thông minh với sơ sở nghiên cứu sau: - CIRIMAT, INP Toulouse, France - EEIGM, Nancy, France - ITODYS, University Paris 7, France - UPR 15 CNRS " Laboratoire des Interfaces et Systèmes Electrochimiques ", Paris VI, France - Laboratoire de Chimie Appliquée, ENSC Montpellier, France - Institiute of Physics , Erst-Moritz-Arndt-University, Greifswald,Germany - Hybrid Center, KIST, Korea - Tokyo Institute for Technology, Japan - Daint-Nippon, Japan Các cơng trình, đề tài tiêu biểu: Các đề tài nghiên cứu + Đề tài cấp Viện KHCNVN, giai đoạn 2004-2005 “Nghiên cứu ứng dụng lớp phủ clay nanocomposit bảo vệ chống ăn mịn cho cơng trình biển hải đảo + Đề tài cấp Viện KHCNVN, giai đoạn 2006-2007 “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ nanocomposit bảo vệ thiết bị cơng trình làm việc điều kiện môi trường biển” + Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước giai đoạn 2006-2008, “Nghiên cứu kết hợp clay hữu với chất ức chế ăn mòn lớp phủ nanocomposit bảo vệ chống ăn mòn kim loại” + Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước giai đoạn 2006-2008 “Nghiên cứu lớp phủ “thông minh” tự sửa chữa để bảo vệ chống ăn mòn cho thép cac bon nhờ polyme dẫn lai tạp dị vòng ni tơ” + Đề tài nghiên cứu cấp nhà nước giai đoạn 2006-2008 “Tổng hợp điện hóa màng polymer chức hóa có khả nhậy cảm với ion kim loại” + Dự án khối Pháp ngữ giai đoạn 2005-2005 “Phát triển phương pháp bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại không gây ô nhiễm môi trường lớp phủ polyme có chứa hợp chất hữu cơ” Các cơng trình cơng bố tiêu biểu Trịnh Anh Trúc, Tơ Thị Xuân Hằng, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Đức Nghĩa, Jean Baptiste Jorcin, Nadine Pebere, Understanding the protection anticorrosion for carbon steel of polyurethane nanocomposite coating based on polyaniline/montmorillonite using Local Electrochemical Impedance Spectroscopy, Advances in Natural Sciences, vol 7, 3-4, 2006, 237-243 Trịnh Anh Truc, Đào Thúy Lành, Tô Thị Xuân Hằng, The inhibition of mild steel corrosion by an indole-3 butyric acid, Proceedings of the 14th Asian-pacific corrosion control conference, 21-21/10/2006 Shanghai (Chine) To Thi Xuan Hang, Trinh Anh Truc, Truong Hoai Nam, Siriporn Daosiset Evaluation of corrosion resistance of food cans by electrochemical impedance spectroscopy, Proceedings of the 14th Asianpacific corrosion control conference, 21-21/10/2006 Shanghai (Chine) To Thi Xuan Hang, Trinh Anh Truc, Truong Hoai Nam, Vu Ke Oanh, Jean-Baptiste Jorcin, Nadine Pébère, Corrosion protection of carbon steel by an epoxy resin containing organically modified clay, Surface & Coatings Technology 201 (2007) 7408–7415 Trịnh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Đức Nghĩa, Jean Baptiste Jorcin, Nadine Pebere, Understanding the protection anticorrosion for carbon steel of polyurethane nanocomposite coating based on polyaniline/montmorillonite using Local Electrochemical Impedance Spectroscopy, Advances in Natural Sciences, vol 7, 3-4, 2006, 237-243 S Reisberg, B Piro, V.Noel, T.D Nguyen, P.E Nielsen, M.C Pham, Investigation of the charge effect on the electrochemical transduction in a quinine-based DNA sensor, Electrochimica Acta, 54 (2008) 346-351 Trịnh Anh Trúc, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Thị Lê Hiền, Tô Thị Xuân Hằng, Sử dụng polypyrol lai tạp với axit amino nphtalen sunfonic chất ức chế ăn mòn kim loại lớp phủ epoxy, Tạp chí hóa học, T.46, 2008, 566-571 Nguyễn Tuấn Dung, Đặng Lan Anh, Phạm Thị Thanh Hương, Tơ Thị Xn Hằng, Trùng hợp điện hóa polytyramin mơi trường nước, Tạp chí Hóa học, T.46, No 6, tr 681-687, 2008 Nguyễn Tuấn Dung, Phùng Như Bách, Đặng Lan Anh, Tô Thị Xuân Hằng, Tổng hợp điện hóa màng poly(1,8-diaminonaphtalen) mơi trường nước, Tạp chí Khoa học công nghệ,T.46, No 3, tr 89-93, 2008 10 Biến tính hữu clay montmorilonit K10 hợp chất azo có chứa nhóm sunfonic axit Tơ Thị Xuân Hằng, Trịnh Anh Trúc, Phạm Gia Vũ Tạp chí Hoá học,T 47, 287-291, 2009 11 Nghiên cứu ảnh hưởng clay Nanofil5 phụ gia Tinuvin292 đến độ bền tử ngoại màng polyuretan clay nanocompozit Phạm Gia Vũ, Tơ Thị Xn Hằng, Nguyễn Quang Tạp chí Hố học,T 47, 4A, 753-757, 2009 12 Biến tính clay ức chế ăn mòn gốc benzothiazol chế tạo lớp phủ bảo vệ epoxy clay nanocompozit Tô Thị Xuân Hằng, Phạm Gia Vũ, Trịnh Anh Trúc Tạp chí Hố học, T 47, 4A, 512-515, 2009 13 Tổng hợp nano silica hybrid sử dụng chất ức chế ăn mòn cholớpphủ hữu thép cacbon Trịnh Anh Trúc, Nguyễn Thuỳ Dương, Tơ Thị Xn Hằng.Tạp chí Hố học, T 47, 4A, 742-747, 2009 14 Tổng hợp hoá học polyanilin hoạt hoá camphosulfonic axit Nguyễn Tuấn Dung, Hồ Thu Hương, Vũ Kế nh, Tơ Thị Xn Hằng Tạp chí Hố học,T 47, 4A, 44-48, 2009 Cơ sở vật chất phục vụ nghiên cứu - Máy đo tổng trở AUTOLAB P30 - Máy li tâm tốc độ cao 11000 vòng/phút Hettich (Đức) - Máy trộn lắc chiều - Máy tạo màng li tâm - Máy mài mẫu - Hệ thiết bị xác định tính chất lớp phủ - Tủ thử nghiệm mù muối - Tủ thử nghiệm nóng ẩm tử ngoại ATLAS UVCON UC-327-2 - Trạm phơi mẫu Quảng Ninh - Trạm phơi mẫu Nha Trang Địa liên hệ: Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, ĐT: (04) 2187506, (04) 37564333/1086, email: hang@vnd.vast.ac.vn Polythiophene dẫn xuất: Một Polymer dẫn điện nhiều tiềm Thứ Năm, 17/02/2011, 10:28 CH | Lượt xem: 787 I) Phần Trong năm 2009 nhà khoa học tổng hợp thành công Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) hình sợi phương pháp hóa học sử dụng monomer 3,4ethylenedioxythiophene (EDOT) với doping BF3, kết PEDOT hình thành với khả dẫn điện lên đến 150-250 S/cm Độ bền nhiệt gia tăng đáng kể Hình thái PEDOT quan sát SEM cho thấy sợi với chiều dài bán kính 10 0.4 µm Giới thiệu - Trong hầu hết polymer dẫn điện PEDOT loại vật liệu polymer ứng dụng nhiều khả bền nhiệt, độ dẫn cao, độ suốt cao doping loại p PEDOT tổng hợp phương pháp hóa học cách sử dụng chất doping acid Lewis FeCl3 ,BF3 polymer tạo thành dạng bột đen với độ dẫn 100S/cm Các nhà khoa học quan tâm để điều chế polymer có độ dẫn cao hiệu suất giai đoạn họ bắt tay vào nghiên cứu để tìm điều kiện tối ưu Thí nghiệm Bảng 1: Điều kiện tối ưu để tổng hợp PEDOT có độ đẫn cao - Từ bảng 1cho thấy với xúc tác acid BF3 dung mơi toluen, nhóm halogen Br cho độ dẫn cao Hình 1: Phản ứng tổng hợp PEDOT - Monomer dùng 2,5-dibromo-3,4-ethylenedioxythiophene, dung môi sử dụng toluen nhiệt độ 35oC vừa thêm từ từ BF3-OEt2 khuấy dung dịch Tiếp tục khuấy hỗn hợp 30oC sau đun nóng thời gian 24 100oC bảng Trong trình thực phản ứng có sinh khí Br, khí Br bẩy vào nước Kết thúc phản ứng dung dịch phản ứng xuất dạng bột rắn màu xanh-đen mang lọc, rửa nhiều lần alcol nước, cuối rửa chloroform, sau lọc sản phẩm dạng bột làm khơ tự nhiên ngồi khơng khí lị chân khơng 40oC Kết & thảo luận - Hình dạng PEDOT xác định thơng qua kính hiển vi điện tử SEM Kết kính hiển vi cho thấy PEDOT hình thành dạng sợi với chiều dài trung bình 10µm đường kính khoảng 0.4µm PEDOT tổng hợp phương pháp khác có hình dạng khác nhau, cụ thể tổng hợp chất xúc tác FeCl3 hình dạng PEDOT thấy hình 2c, hay tổng hợp trạng thái rắn thấy hình 2d, hình 2a 2b PEDOT tổng hợp xúc tác BF3 Hình thái PEDOT thấy hình 2c 2d bất bình thường vơ định hình khơng có dạng sợi Trên thực tế PEDOT tổng hợp bên khung (ví dụ khây thủy tinh) Hình thái PEDOT có liên quan mật thiết đến tính dẫn điện, PEDOT dạng sợi có tính dẫn điện cao đặt biệt sợ có đường kính nhỏ Hình 2: Hình thái PEDOT nhìn SEM - Các PEDOT hình sợi có tính dẫn điện cao PEDOT vơ định hình độ ổn định độ dẫn trước khắt nghiệt môi trường theo thời gian lý tưởng Để chứng điều người ta làm thí nghiệm nhỏ sau: hai mẫu, PEDOT hình sợ tổng hợp xúc tác BF3 (PEDOT/BF3) xúc tác FeCl3 (PEDOT/FeCl3) dung môi toluen, ban đầu độ dẫn điện tương ứng hai mẫu 2.5*102 3.6*10 S/cm, để thử tính chất người ta cho hai mẫu vào lò 100oC sau ba ngày thấy độ dẫn PEDOT/BF3 hình sợi giảm cụ thể cịn 1.6*102 S/cm cịn PEDOT/BF3 giảm 2*10 S/cm Ngay PEDOT/BF3 bị nung ngày 100oC độ dẫn cịn mức 102S/cm Ứng Dụng - Các polymer dẫn nói chung polythiophene nói riêng điều có tính điện, quang, điện hóa học, tính chất hóa lý đặt trưng, vị polythiophene sử dụng làm vật liệu nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ kỹ thuật cao như: pin lượng, chế tạo nguồn điện dùng nhiều lần có kích thước mỏng, siêu nhỏ (polymeric rechargeable battery), chế tạo cảm biến (sensor), loại cảm biến hóa học, cảm biến sinh học, kỹ Pin lượng suốt làm từ PEDOT:PSS Các thành phần OLED: Ứng cử viên sáng giá thay LCD • Lớp dẫn (conductive layer) - lớp làm từ phân tử hữu dẻo có nhiệm vụ truyền tải lỗ trống từ anode Một polymer dẫn sử dụng OLED polyaniline • Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp làm từ phân tử hữu dẻo (nhưng khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải electron từ cathode Một loại polymer dùng lớp phát sáng polyfluorence,polythiophene I POLYMER Polyme gì? Polyme hợp chất cao phân tử cấu tạo từ nhiều nhóm có cấu tạo hóa học giống lặp lặp lại chúng nối với liên kết đồng hóa trị Ví dụ : Nếu A đơn vị phân tử, phản ứng trùng hợp (polymerization) cho "xích" polymer có dạng AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA Trong hàng nghìn, hàng chục nghìn đơn vị A nối lại với nối hóa học Nếu A phân tử ethylene ta có polyethylene; propylene polymer polypropylene v.v Ngồi ra, nhà hóa học cịn tạo phản ứng trùng hợp hai monomer A B để tổng hợp copolymer có mạch phân tử chứa A B Tùy vào điều kiện phản ứng, A B liên kết cách hỗn loạn (random), AAABABBABABBBAABABBBBAABBBAB theo thứ tự định, ABABABABABABABABABABABAB theo mảng, AAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAAAAAAABBBBBB AAAAAAAAAAAA thân polymer BBBBBB nhánh, thân nhánh Đương nhiên, cấu trúc phân tử nầy đưa đến tính chất vật lý (physical properties) tính (mechanical properties) khác Các nhà hóa tổng hợp thiết kế copolymer với nhiều cấu trúc khác đáp ứng với đòi hỏi cho ứng dụng Polyethylene (PE) polymer đơn giản nhất, nguyên liệu làm túi nhựa gia dụng vật liệu thường thấy sống ngày Cấu trúc polyethylene Giới thiệu Polymer dẫn Polymer với nối đôi liên hợp có tính chất khác với polymer thơng thường khả dẫn điện, gọi polymer dẫn (Conducting polymer) Với tính chất đặc biệt này, lĩnh vực nghiên cứu polymer dẫn điện thu hút nhiều nhà nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác Khả ứng dụng loại vật liệu thách thức với nhà khoa học nói chung nhà hố học nói riêng Năm 2000, giải Nobel hoá học trao cho ba nhà khoa học Heeger, MacDiarmid Shirikawa với phát tăng độ dẫn điện polyaxetilen pha tạp iốt Kết mở đầu cho bước nhảy vọt lĩnh vực nghiên cứu, khả ứng dụng vật liệu polymer dẫn điện Cấu trúc Polyacetylen Phân loại số polyme dẫn điện Các nghiên cứu chia làm ba loại polyme dẫn là: + Các polyme oxy hoá khử (Redox polymer) : Là vật dẫn có chứa nhóm hạt tính oxi hố/khử liên kết cộng hố trị mạch polyme khơng hoạt động điện hoá Trong polyme loại vận chuyển điện tử xảy thơng qua q trình tự trao đổi electron liên tiếp nhóm oxi hố/khử gần kề q trình gọi chuyển electron theo bước nhảy + Các polyme dẫn điện tử (Electronically conducting polymer) hay gọi kim loại hữu (Organic metals) : Polyme dẫn điện tử tồn mạch cácbon có nối đơi liên hợp nằm dọc theo chuỗi polyme trình dẫn điện điện tử chuyển động dọc theo chuỗi polyme nhờ tính linh động điện , điện tử chuyển từ chuỗi polyme sang chuỗi polymeπtử khác theo chế electron hopping Một số polyme loại Cấu trúc polymer dẫn điện quan trọng Trong dấu ngoặc đơn vị phân tử (monomer), n số đơn vị monomer có giá trị hàng nghìn, hàng chục nghìn + Các polyme trao đổi ion (Loaded ion nomer hay ion exchange polymer) : Polyme trao đổi ion polyme chứa cấu tử có hoạt tính oxy hố khử liên kết với màng polyme dẫn ion, trường hợp cấu tử có hoạt tính có điện tích trái dấu với màng polymer Để tăng thêm tính polyme ta kết hợp polyme với để tạo polyme có hoạt tính cao II CƠ CHẾ DẪN ĐIỆN CỦA POLYMER DẪN Cơ chế Roth Roth cộng cho q trình chuyển điện tích vĩ mơ mạng polyme dẫn tập hợp chế vận chuyển cục Đó vận chuyển dạng mang điện mạch sợi có liên kết liên hợp từ sợi sang sợi khác Nếu coi polyme tập hợp bó sợi cịn có vận chuyển dạng mang điện tử từ bó sợi sang bó sợi khác Các trình vận chuyển minh họa hình Cơ chế dẫn điện Roth polyme dẫn [AB] dẫn chuỗi [BC] dẫn chuỗi [CD] dẫn sợi [AD] q trình chuyển điện tích vĩ mơ Khi điện tử chuyển từ điểm A đến điểm B chuỗi polyme,người ta nói điện tử dẫn chuỗi Trong trường hợp điện tử dịch chuyển từ điểm B sang điểm C B C thuộc hai chuỗi polyme khác ta nói điện tử di chuyển chuỗi Khi điện tử chuyển từ A, B →D ta nói điện tử chuyển sợi Rolh giải thích chế dẫn điện sau: Điện tử chuyển động chuỗi liên linh động chạy dọc theo chuỗi Do điện tử có tính linh động vàπkết di chuyển dọc theo chuỗi Điện tử chuyển động qua lại chuỗi sợi polyme tạo thành chuỗi xoắn lại với nhau, ngun tử chuỗi gần obital chúng lai hố với điện tử chuyển động chuỗi polyme sang chuỗi polyme khác thông qua obital lai hoá Trường hợp điện tử chuyển động chuỗi giải thích giống Cơ chế lan chuyền pha Kaoki Theo Kaoki pha polyme có chuỗi có khả dẫn điện chuỗi khơng có khả dẫn điện hay tạo vùng dẫn vùng không dẫn Khi chuỗi polyme trạng thái oxy hố, dư obital trống nhận cho điện tử Thơng thường phân bố ngẫu nhiên màng polyme Dưới tác dụng điện trường áp đặt chuỗi có xu hướng duỗi theo chiều định Khi áp đặt điện thể đủ lớn xảy tượng lan truyền pha có nghĩa pha khơng dẫn trở nên dẫn điện Sơ đồ chế lan truyền pha K.AoKi Trong giai đoạn đầu đoạn polyme trạng thái oxy hóa tiếp cận gần với bề mặt điện cực định vị lại trở thành vùng dẫn cục (a-b) Sau vùng dẫn đóng vai trị điện cực để oxy hóa tiếp vùng khơng dẫn phía Nhờ vùng lại trở thành vùng dẫn Và theo thời gian vùng dẫn lan truyền đến mặt ngoàicùng màng polyme Cơ chế đề cập đến phản ứng chuyển điện tích bề mặt phân chia pha vùng dẫn vùng không dẫn Các điểm bị oxy hóa bị khử (xem hình) màng polyme sinh từ trình tạo khuyết tật radical cách ngẫu nhiên, xếp lại tác dụng điện áp đặt Từ sơ đồ thấy điểm dẫn tập trung chủ yếu không gian gần bề mặt điện cực nền, trở nên loãng dẫn vùng xa điện cực Hơn điểm dẫn phía ngồi bị bao bọc vùng cách điện không tiếp xúc điện với Sự phát triển vùng dẫn phụ thuộc vào tiếp nối điểm dẫn tiếp xúc điện với điện cực Để tiếp nối điểm dẫn polyme cần có cấu trúc tương thích Do lan truyền vùng dẫn liên quan đến tính dẫn điện tử, định hướng ngẫu nhiên sợi dẫn, xuất phát ngẫu nhiên sợi dẫn từ điểm bề mặt điện cực Ban đầu sợi dẫn lan truyền theo hướng pháp tuyến bề mặt điện cực định hướng theo trường tĩnh điện cục đầu mút sợi dẫn Khi sợi dẫn màng phát triển thành bó sợi q trình vận chuyển điện tích bó sợi dẫn đảm nhiệm III PHƯƠNG PHÁP TẠO POLYMER DẪN ĐIỆN Dải lượng điện tử Điện tính tất vật liệu định cấu trúc điện tử vật liệu Và cấu trúc điện tử giải thích theo quan điểm “ dải lượng điện tử” Khi hai nguyên tử kết hợp với nhau, điện tử hai nguyên tử trở thành điện tử phân tử điện tử phép mức lượng định Chất rắn tạo thành chồng chập tập hợp nguyên tử Người ta tính 1cm3 chất rắn 1022 nguyên tử tạo thành Trong trình , mức lượng điện tử hình thành điện tử chiếm mức lượng Các mức lượng chồng chập lên theo thứ tự trị số chúng, trở thành dải gọi “dải lượng điện tử” Dải lượng thấp gọi dải hóa trị (valence band) dải lượng cao gọi dải dẫn điện (conduction band) Dải lượng điện tử: (a) Kim loại, (b) chất bán dẫn, (c) Chất cách điện Dải đen tượng trưng cho dải hóa trị dải trắng cho dải dẫn điện Khe dải khoảng cách dải đen dải trắng Sự hình thành dải lượng chất rắn khơng liên tục, có “khoảng trống” xuất hiện, khoảng trống gọi khe dải lượng Khe dải định sử dẫn điện hay không dẫn điện chất rắn Trị số khe dải tính electron volt (eV) Nếu điện tử chất rắn nhảy từ miền lượng thấp lên miền lượng cao, ta có vật cách điện Khái niệm trình doping Quá trìng doping trình đưa thêm số tạp chất hay tạo số sai hỏng làm thay đổi đặc tính dẫn điện polyme tạo bán dẫn loại N P tuỳ thuộc vào loại phụ gia ta đưa vào Ví dụ: Emeraldine base Doping với Bonsted axit Vậy trình doping có tác dụng bù điện tích cho chuỗi polymer trì polyme trạng thái cân trạng thái oxy hoá cân dẫn điện tốt Doping với Lewis axit Điều kiện dẫn điện polymer Đặc điểm polymer dẫn điện nối carbon liên hợp (conjugation bond), - C = C – C = C - ; nối tiếp nối đơn C – C nối đôi C = C PA, PAn, PPy PT có đặc điểm chung cấu trúc cao phân tử Đặc điểm thứ hai diện dopant Iodine thí dụ điển hình PA Hai đặc điểm làm polymers trở nên dẫn điện Trị số khe dải polymer dẫn điện tiêu biểu Polymer Khe dải (eV) Polyacetylen (PA) 1,4 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 1,5 Polythiophene (PT) 2,0 Poly(phenylene vinylene) (PPV) 2,5 Polyaniline (P An) 3,2 Poly(para-phenylene) (PPP) 3,5 Polypyrrole (PPy) 3,6 Nếu khơng có dopant, khe dải polymer tiêu biểu có nối liên hợp có giá trị từ 1,4 đến 3,6 Ev Nguyên nhân gây dòng điện polymer dẫn điện Phương pháp doping MacDiarmid, Heeger Shirakawa cho PA tiếp xúc với khí iodine làm tăng độ dẫn điện tỷ lần bước đột phá mang tính lịch sử tảng việc nghiên cứu áp dụng thực tế polymer dẫn điện Khi PA tiếp xúc với chất oxit hóa ( oxidizing agent) A, PA A kết hợp theo phản ứng hóa học đơn giản PA + A (PA)+APA trung tính khơng dẫn điện (PA)+A- polymer dẫn điện Phản ứng thuận nghịch cho biết ta điều chỉnh độ dẫn điện vật liệu, biến vật cách điện thành dẫn điện ngược lại Phản ứng từ trái sang phải trình doping đo polymer cách điện kết hợp với dopant cho chất dẫn điện polymer/dopant, phản ứng từ phải sang trái q trình dedoping pplymer/dopant bị tách rời trả lại polymer cách điện Ngoài PA, nhiều loại polymer dẫn điện khác có Pan, PPy, PT, đặc biệt PEDOT khảo sát Dopant nguyên tố nhỏ iodine (I), chlorine (Cl), hợp chất vô hữu miễn chất nầy nhận điện tử (electron acceptor) cho ion âm (anion) để kết hợp với mạch carbon cuả polymer Dopant ion dương (cation) Các loại dopant A, nhận điện tử cho anion AHọ halogen Br2 , I2 , Cl2 Acid Lewis BF3 , PF5 , AsF5 , SO3 Acid proton (acid chứa H) HNO3 , H2SO4 , HClO4 , HF , HCl , FSO3 , FSO3H Halide kim loại chuyển tiếp FeCl3 , MoCl5 , WCl5 , SnCl4 , MoF5 Họ amino, loại acid sinh học Glutamic acid, uridylic acid, protein, enzyme Các chất hoạt tính bề mặt Dodecylsulfate , dodecylbenzensulfonate Polymer Poly (styrenesulfonic acid) Ta khảo sát liên hệ trình doping biến đổi dải lượng polypyrrole (PPy) Trước q trình doping, PPy có khe dải 3,2 3,6 eV Trị số nầy cho ta biết chất cách điện tiêu , e-, cho A.πbiểu Khi PPy tiếp cận với A, PPy điện tử Kết mạch phân tử PPy, ta có lỗ trống mang điện tích đơn lẻ lạiπdương (+) điện tử điện tử ký hiệu chấm (.); A nhận e- trở thành A- Cặp (+ ) gọi polaron vật lý học Cặp nầy thường cách đơn πvị pyrrole Sự thành hình polaron làm thay đổi vị trí nối cịn lại làm thay đổi cấu trúc vòng pyrrole đồng thời tạo hai bậc lượng khe dải Polaron, bipolaron hình thành dải lượng tương ứng CB: Conduction band (dải dẫn điện), VB: Valence band (dải hóa trị) Khi dopant sử dụng nồng độ cao, "dân số" A gia tăng A có khả nhận thêm điện tử từ PPy Polaron (+ ) gia tăng Khi hai , lạiπpolaron gần (+ ) (+ ), hai điện tử ( .) trở thành nối cặp điện tích dương (+ +) gọi bipolaron Ở nồng độ cao nữa, mạch PPy xuất nhiều bipolaron, bậc lượng hình thành diện bipolaron hịa vào thành hai dải lượng bipolaron Polaron bipolaron phần tử tải điện polymer dẫn điện.Tương tự điện tử tự kim loại, có điện áp polaron hay bipolaron di động Các bậc lượng hình thành, tồn bai bậc thang giúp điện tử di chuyển từ dải hóa trị đến dải dẫn điện bậc cao Cơ chế dẫn điện polymer dẫn giải thích cách định tính hình vẽ (.) lỗ trống (+)πHình vẽ mơ tả chuyển động điện tử Khi dopant A nhận điện tử từ polymer, lỗ trống (+) xuất Khi nguyên tố C bênπmột dòng điện áp đặt vào polymer, điện tử cạnh nhảy vào lỗ trống tiếp diễn Sự di chuyển điện tử di chuyển ngắn, nhờ di chuyển lỗ trống (+) liên tục di động dọc theo mạch polymer Lỗ trống phần polaron hay bipolaron Sự di động lỗ trống xác nhận polaron/bipolaron thực thể tải điện nguyên nhân dẫn điện giống điện tử kim loại Thực nghiệm cho thấy điện tử polymer nhảy sang chiếm lỗ trống polymer kế cận polymer kế cận khác…, lỗ trống (+) di động lan tràn khắp tất vật liệu theo hướng điện áp Như hai yếu tố cho dẫn điện polymer : nối liên hợp dopant Phương pháp tổng hợp polymer dẫn điện Phương cách tổng hợp phân làm hai loại: (1) phương pháp điện hóa (2) phương pháp hóa học Phương pháp (1) cho polymer dạng phim (2) dạng bột Những polymer dẫn điện thông dụng polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn) polythiophene (PT) tổng hợp hai phương pháp Với phương pháp điện hóa, phim polymer thành hình bình điện giải đơn giản, chất điện giải monomer (thí dụ: pyrrole, aniline hay thiophene) dopant hịa tan nước hay dung mơi thích hợp Tại cực dương monomer bị oxít hóa kết hợp dopant đồng thời trùng hợp thành phim Trong phương pháp hóa học, monomer, dopant chất oxid hóa (thí dụ: FeCl3) hịa tan nước dung mơi Phản ứng trùng hợp xảy cho polymer dạng bột Hình 1: Phương pháp điện hóa dùng bình điện giải để tổng hợp polypyrrole Dopant có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất bao gồm vật tính (physical properties), hóa tính, tính, quang tính, điện tính tính bền nhiệt polymer hình thành Vì vậy, chọn lựa dopant phải thích nghi cho ứng dụng khác Độ dẫn điện polymer Độ dẫn loại polymer dẫn điện tăng nhiệt độ tăng ngược lại Tính chất rõ ràng trái ngược với kim loại, độ dẫn điện giảm nhiệt độ tăng ngược lại Mối liên hệ tương tự bán dẫn vơ cơ, số nghiên cứu, áp dụng số nguyên lý bán dẫn vô cho polymer dẫn điện Ở thang vi mô, vật liệu polymer tạo thành từ mảng nhiều polymer tập tích lại Độ dẫn điện vật liệu phụ thuộc vào nồng độ polaron/bipolaron (phần tử tải điện) mà phụ thuộc vào di động điện tử mạch polymer, mạch polymer mảng nhiều polymer tạo nên (Hình ) Nói cách định lượng hơn, độ dẫn diễn tả công thức sau,σđiện = n µ eσ (1) n nồng độ hạt tải điện, µ độ di động, e điện lượng điện tử (1,602 x 10-19 C) Hình : Sự di động điện tử mạch polymer (mũi tên A) , mạch polymer (mũi tên B) mảng nhiều polymer tạo nên (mũi tên C) Người ta tổng hợp loại polymer dẫn điện có mạch phân tử hướng chiều để làm tăng di dộng điện tử Để thực điều nầy, nhà hóa học tổng hợp polymer có nhiều tinh thể (crystallite), bề mặt mang trật tự sẵn có, từ trường hay kéo dài phim polymer Hình so sánh độ dẫn điện polymer dẫn điện với vật liệu khác Hình thái PEDOT quan sát SEM Các PEDOT hình sợi có tính dẫn điện cao PEDOT vơ định hình độ ổn định độ dẫn trước khắt nghiệt môi trường theo thời gian lý tưởng Tính bền Polymer có đặc tính cố hữu nhẹ cân, dễ dàng gia cơng có điểm bất lợi mà ta thường thấy loại polymer (plastic) gia dụng không chịu nhiệt cao (> 100 oC), bị lão hóa hay phân hủy ánh sáng mặt trời Polymer dẫn điện khơng ngồi ngoại lệ nầy Sự suy thối hóa học, lão hóa dẫn đến suy thối tính (trở nên giịn) điện tính (giảm độ dẫn điện) Đã có nhiều cơng trình tìm hiểu trình tính bền polymer dẫn điện Dopant có ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định polymer; có loại dopant làm chậm xúc tiến suy thoái Tuy nhiên, đặc tính cố hữu, suy giảm độ dẫn điện mơi trường nóng ẩm polymer dẫn điện việc tránh khỏi lâu dài Để trình tính năng, trang cụ dùng polymer dẫn điện người ta phủ lớp epoxy bảo vệ lên polymer thường xuyên thay vật liệu IV ỨNG DỤNG POLYMER DẪN Các polymer dẫn nói chung có tính điện, quang, điện hóa học, tính chất hóa lý đặt trưng, vị sử dụng làm vật liệu nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ kỹ thuật cao như: pin lượng, chế tạo nguồn điện dùng nhiều lần có kích thước mỏng, siêu nhỏ (polymeric rechargeable battery), chế tạo cảm biến (sensor), loại cảm biến hóa học, cảm biến sinh học, kỹ thuật thông tin số, màng chọn lọc (selective membrance) vật liệu phủ đặt biệt hấp thụ sóng điện từ, vật liệu phủ chống ăn mịn hóa học, vật liệu ngành điện tử Ứng dụng polyme dẫn dự trữ lượng Ta thấy số polyme dẫn tồn nhiều dạng khác tuỳ thuộc vào mức độ oxy hoá chúng loại vật liệu dopant điện áp ngồi định Do tồn dạng oxy cao tồn bền vững trạng thái ta chọn làm vật liệu cho ắc qui Khi sử dụng ta sử dụng vật liệu catốt Khi phóng điện chuyển dần từ dạng oxy hoá sang dạng khử nạp đầy lại chuyển dần từ dạng khử sang dạng oxy hoá cao Yêu cầu loại màng đặc tính thuận nghịch phải cao cho số chu kỳ phóng nạp lớn điều ảnh hưởng đến tuổi thọ ắc qui Làm điốt Ta biết thiết bị chỉnh lưu thành phần mạch điện tử Từ polyme dẫn điện phát ứng dụng vào làm chất bán dẫn có khoảng cấm hẹp nghiên cứu để ứng dụng nghiên cứu polyme dẫn Phương pháp để thay đổi độ dẫn điện bán dẫn lựa chọn tính chất vượt trội chiếm ưu khống chế phu gia cho phép tạo bán dẫn loại N loại P phụ thuộc không gian, mức lượng giữ cân tồn trường điện từ cao Chiang tạo tiếp xúc P-N áp suất tiếp xúc cao màng polyacetylen loại P với phụ gia Na màng polyacetylen loại N với phụ gia NaAsF5 Ta thấy có hai chất bán dẫn loại P- N tiếp xúc với tạo thiết bị cho dịng theo chiều xác định chiều từ P→ N thiết bị gọi điốt Do cần màng polyme dẫn điện mỏng ta tạo điốt Tính chất điện polypyrrole – kim loại polypyrrole khảo sát người ta nhận thấy tiếp xúc N-P tạo bề mặt polyme.Composite Al-polypyrrole tạo phương pháp coi có tính bán dẫn tốt áp dụng vào công nghệ Thiết bị điều khiển logic Một số loại polyme dẫn có tính chất điện đặc biệt có độ dẫn tăng nhanh áp vào ứng dụng điều khiển logic tạo tín hiệu dạng số… Trong tiêu biểu composite PAN- Au Do đặc tính mà ứng dụng điều khiển logic Transitor hiệu ứng trường Thiết bị hiệu ứng trường ứng dụng để cải tiến hoạt động thiết bị bán dẫn thông thường, hiệu ứng trường màng polyme điều khiển dịng cách mở hoạt động transitor mà không cần tiếp xúc N-P Hiện tượng khơng cung cấp đặc tính thiết bị mà cịn cung cấp cơng cụ để nghiên cứu chất bán dẫn điều khiển dịng nguồn kênh dẫn qua cổng Điốt phát quang Điốt phát quang polyme phát triển rộng rãi từ khám phá tượng điện phát quang từ màng PPV Polyme dẫn điện biết đến vật liệu phát quang điện Nó sử dụng để thay cho vật liệu phát quang vô cơ, cho phép sử dụng bề mặt rộng có đặc tính nhẹ dẻo … Ưu điểm vật liệu hiệu ứng ngầm bước sóng bị giới hạn thay đổi hoá học, điện vận hành thấp, dễ gia cơng , chi phí thấp tạo thiết bị có diện tích lớn màu sắc phát vùng trông thấy Do đặc điểm polyme dẫn tổng hợp phát ánh sáng ngang qua phổ phát xạ vùng quan sát đựơc có hệ số lượng tử cao Cách tính đơn giản để tạo PLED (polyme light emitting diode) cấu trúc gồm có thuỷ tinh phủ ITO anơt dẫn điện suốt, lớp polyme ngồi ca tốt kim loại, lỗ trống điện tử thêm vào cation anion tương ứng lớp polyme phát quang Sensor Các loại sensor sensor đo độ ẩm, cảm biến sinh học (biosensor) đo hàm lượng glucozo máu, đo hàm lượng acid amin, sensor hóa học đo nồng độ loại khí nito, hidro, SO2 Sensor cung cấp thông tin trực tiếp thành phần hố học mơi trường Nó gồm thay đổi vật lý lớp có khả chọn lọc Trong vài sensor trình thay đổi chia thành hai phần: (i) chọn lọc nhận dạng; (ii) khuếch đại làm tăng tín hiệu lượng tới mức mà thuận tiện để phát tín hiệu dịng Khả chọn lọc trái tim sensors cung cấp tương tác chọn lọc dạng thay kết dẫn đến thay đổi thông số dòng, độ dẫn, cường độ sáng, khối lượng, nhiệt độ… sensor dựa polyme dẫn chứng minh áp dụng thành cơng Polypyrrole polythiopheno thay đổi độ dẫn tiếp xúc với khí oxy hóa khí khử Thiết bị đổi màu điện tử Thiết bị đổi màu điện tử sử dụng polyme dẫn vấn đề nghiên cứu cho nhiều ứng dụng thực tế Trong trình nghiên cứu polyme dẫn nhà khoa học thấy có số polyme có thay đổi màu sắc chuyển từ dạng oxy hoá sang dạng oxy hóa khác dạng khử Do cách thay đổi điện áp vào màng ta thay đổi trạng thái màng polyme từ thay đổi màu sắc màng … Vật liệu phủ đặt biệt: Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT sử dụng làm vật phủ chống ăn mịn kim loại Q trình chống ăn mịn kim loại vật phủ PT thực theo chế sau: Màng PT đóng vai trị màng chắn để ngăn cản vận chuyển oxy nước vào bề mặt tiếp xúc với kim loại Màng PT đống vai catod bảo vệ kim loại, nguôn cung cấp chất ức chế chống ăn mịn kim loại, ngồi cịn màng oxit thụ động bền vững giống màng Crom bảo vệ kim loại Màng phủ chống tĩnh điện bề mặt, hấp thu song điện từ: Màng mỏng PT vải tẩm PT sử dụng nhiều lĩnh vực chế tạo vật liệu: Chống tĩnh điện bề mặt (antistatic film, antistatic fibers) Hấp thụ sóng điện từ; Electromagnetic interference shieding, hấp thụ sóng rada Nhờ khả chống tĩnh điện người ta chế tạo áo khoác chống tĩnh điện Ngày màng hình vi tính hay tivi phủ lớp PEDOT:PSS lớp phủ chống tĩnh điện cho ống tia âm cực (CRT) để tránh thu hút bụi Pin lượng suốt làm từ PEDOT:PSS Các thành phần OLED: Ứng cử viên sang giá thay LCD Lớp dẫn (conductive layer) - lớp làm từ phân tử hữu dẻo có nhiệm vụ truyền tải lỗ trống từ anode Một polymer dẫn sử dụng OLED polyaniline Lớp phát sáng (emissive layer) - lớp làm từ phân tử hữu dẻo (nhưng khác loại với lớp dẫn) có nhiệm vụ truyền tải electron từ cathode Một loại polymer dùng lớp phát sáng polyfluorence,polythiophene 10 Pin mặt trời Pin mặt trời hữu linh kiện quang điện tử hữu có cấu tạo giống OLED, có nguyên lý hoạt động ngược lại Dưới tác dụng ánh sáng, điện tử lỗ trống hình thành polymer (lớp hoạt độngactive layer), hình thành exciton với xác suất định Trong pin mặt trời sử dụng màng polymer nhất, exciton (cặp điện tử- lỗ trống) bị phân ly bề mặt tiếp xúc điện cực/polymer truyền điện tích vào điện cực, tạo dịng điện mạch ngồi Một pin mặt trời hữu pin mặt trời polymer – fullerene (ví dụ C60) Các polymer mang nối liên hợp (- C = C – C = C -) polyacetylene (PA), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn), polythiophene (PT), poly (phenylene vinylene) (PPV) v.v… polymer dẫn xuất Trong polyme này, liên kết nguyên tử cacbon tạo thành khung cacbon có liên kết đơi – đơn xen kẽ, hình thành liên kết π chạy dọc theo khung cacbon (hình 1) Các điện tử π khơng định chỗ lấp đầy tồn dải nên polyme liên hợp bán dẫn Dải π bị lấp đầy gọi obital phân tử bị chiếm cao (HOMO), dải π* trống gọi obital phân tử không bị chiếm thấp (LUMO) Hệ thống liên kết π bị kích thích điện tử nhảy từ HOMO lên mức LUMO Khi polymer liên hợp kết hợp với dopant trở thành polymer dẫn điện Khi đó, điện tử p đóng vai trị quan trọng việc tạo dịng điện Khi có kích thích ánh sáng mặt trời, polymer mang nối liên hợp “phóng thích” điện tử p để lại nhiều lỗ trống (+) mạch polymer Vì vậy, polymer liên hợp gọi vật liệu loại p (p-type, p = positive = dương) Ngược lại, fullerene vật liệu nhận điện tử hiệu quả; sau nhận điện tử fullerene mang điện tích âm nên gọi vật liệu loại n (n-type, n = negative = âm) Quang tử ánh sáng mặt trời "đánh bật" nâng điện tử lên dải dẫn điện để lại lỗ trống (+) dải hóa trị Cặp (+)(-) (lỗ trống - điện tử) gọi exciton Cấu tạo pin mặt trời BHJ (bulk heterojunction) 11 Các thành phần OLED: Ứng cử viên sang ... cấu trúc nano chế tạo lớp phủ polyme nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn kim loại Nghiên cứu chế tạo phụ gia nano mang ức chế ăn mòn Nghiên cứu chế bảo vệ chống ăn mòn màng nanocompozit Polyme dẫn: ... học đo nồng độ loại khí nito, hidro, SO2 Vật liệu phủ đặt biệt: Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT sử dụng làm vật phủ chống ăn mòn kim loại Q trình chống ăn mịn kim loại vật phủ PT thực... từ thay đổi màu sắc màng … Vật liệu phủ đặt biệt: Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT sử dụng làm vật phủ chống ăn mòn kim loại Quá trình chống ăn mịn kim loại vật phủ PT thực theo chế sau: