कार्यात्मक और विशिष्ट पॉलिमर
कार्यात्मक और विशिष्ट पॉलिमर को संरचनात्मक उपयोग से परे प्रदर्शन के लिए डिज़ाइन किया गया है—जैसे बिजली का संचालन करना, पर्यावरण में निम्नीकृत होना, कंपोजिट को सुदृढ़ करना, या उत्तेजनाओं पर प्रतिक्रिया करना—श्रृंखला में विशिष्ट रसायन विज्ञान और वास्तुकला को इंजीनियर करके।
Definition
कार्यात्मक और विशिष्ट पॉलिमर मैक्रोमोलेक्यूलर सामग्री हैं जिन्हें विशिष्ट गैर-संरचनात्मक कार्य प्रदान करने के लिए संश्लेषित या तैयार किया जाता है—जैसे विद्युत चालकता, नियंत्रित निम्नीकरण, यांत्रिक सुदृढीकरण, या बाहरी उत्तेजनाओं के प्रति प्रतिक्रियाशीलता—रसायन विज्ञान और वास्तुकला के जानबूझकर नियंत्रण के माध्यम से।
Scope
यह क्षेत्र लक्षित कार्य के लिए इंजीनियर किए गए पॉलिमर को शामिल करता है, न कि सामान्य संरचनात्मक भूमिकाओं के लिए: विद्युत प्रवाहकीय और इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर, बायोडिग्रेडेबल और बायो-आधारित पॉलिमर, पॉलिमर मिश्रण और फाइबर-प्रबलित कंपोजिट, और उत्तेजना-प्रतिक्रियाशील पॉलिमर और जैल। यह बताता है कि आणविक डिजाइन, योजक और आकृति विज्ञान कैसे चालकता, निम्नीकरण क्षमता, सुदृढीकरण और पर्यावरणीय प्रतिक्रियाशीलता जैसे गुण उत्पन्न करते हैं।
Sub-topics
Core questions
- आणविक डिजाइन एक पॉलिमर को विद्युत चालकता या प्रतिक्रियाशीलता कैसे प्रदान करता है?
- एक पॉलिमर को बायोडिग्रेडेबल या नवीकरणीय संसाधनों से व्युत्पन्न क्या बनाता है?
- मिश्रण और सुदृढीकरण एकल पॉलिमर से परे गुण सीमा को कैसे बढ़ाते हैं?
- उत्तेजना-प्रतिक्रियाशील व्यवहारों को कैसे इंजीनियर और उपयोग किया जाता है?
Key theories
- प्रवाहकीय पॉलिमर में संयुग्मन और डोपिंग
- एकल और दोहरे बंधों की वैकल्पिक निरंतर बैकबोन विस्थानीकृत इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाएँ बनाती है, और ऑक्सीडेटिव या रिडक्टिव डोपिंग आवेश वाहक पेश करता है जो चालकता को कई परिमाण के क्रम से बढ़ाता है, जिससे एक पॉलिमर अर्धचालक या लगभग धातु में बदल जाता है।
- मिश्रण और कंपोजिट में चरण आकृति विज्ञान
- चूंकि अधिकांश पॉलिमर अमिश्रणीय होते हैं, मिश्रण और कंपोजिट बहु-चरण आकृति विज्ञान बनाते हैं जिनके इंटरफेस और बिखरे हुए चरण की ज्यामिति कठोरता, दृढ़ता और अवरोध गुणों को नियंत्रित करती है, इसलिए संगतता और सुदृढीकरण डिजाइन प्रदर्शन के लिए केंद्रीय हैं।
Mechanisms
प्रत्येक वर्ग विशिष्ट आणविक या रूपात्मक डिजाइन के माध्यम से कार्य प्राप्त करता है। डोपिंग के साथ संयुग्मित बैकबोन विद्युत आवेश वहन करते हैं। हाइड्रोलाइजेबल या ऑक्सीकरण योग्य लिंकेज, अक्सर पॉलिएस्टर या पॉलीसैकराइड-व्युत्पन्न श्रृंखलाओं में, एंजाइमी या रासायनिक निम्नीकरण को सक्षम करते हैं, और नवीकरणीय फीडस्टॉक बायो-आधारित मोनोमर की आपूर्ति करते हैं। अमिश्रणीय पॉलिमर को मिलाकर या फाइबर और कणों को फैलाकर बहु-चरण सामग्री बनती है जिनके इंटरफेस तनाव को स्थानांतरित करते हैं और घटकों की ताकत को जोड़ते हैं। प्रतिक्रियाशील पॉलिमर ऐसे समूह शामिल करते हैं जिनकी घुलनशीलता, आवेश या संरचना तापमान, पीएच, प्रकाश या अन्य उत्तेजनाओं के साथ तेजी से बदलती है, जिससे जैल और फिल्मों में सूजन, ढहना या सक्रियण होता है।
Clinical relevance
कार्यात्मक पॉलिमर उभरती प्रौद्योगिकियों को आधार प्रदान करते हैं: प्रवाहकीय पॉलिमर कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर और बैटरी में उपयोग होते हैं; बायोडिग्रेडेबल और बायो-आधारित पॉलिमर प्लास्टिक कचरे को संबोधित करते हैं और पुन: अवशोषित होने वाली चिकित्सा सामग्री प्रदान करते हैं; कंपोजिट परिवहन और एयरोस्पेस में हल्के संरचनात्मक प्रदर्शन प्रदान करते हैं; और प्रतिक्रियाशील पॉलिमर और जैल दवा वितरण, सॉफ्ट एक्चुएटर और स्मार्ट झिल्ली को सक्षम करते हैं।
History
1977 में हीगर, मैकडायरमिड और शिराकावा द्वारा डोप किए गए पॉलीएसिटिलीन में उच्च चालकता की खोज ने प्रवाहकीय पॉलिमर के क्षेत्र की स्थापना की और इसे 2000 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। इसके समानांतर, तनाका द्वारा जैल में आयतन चरण संक्रमण पर काम, फाइबर-प्रबलित कंपोजिट का उदय, और प्लास्टिक के स्थायित्व के बारे में बढ़ती चिंता ने कार्यात्मक और विशिष्ट पॉलिमर के व्यापक विकास को प्रेरित किया।
Key figures
- Alan Heeger
- Alan MacDiarmid
- Hideki Shirakawa
- Toyoichi Tanaka
Related topics
Seminal works
- young2011
- hiemenz2007
Frequently asked questions
- एक पॉलिमर बिजली का संचालन कैसे कर सकता है?
- एकल और दोहरे बंधों की वैकल्पिक बैकबोन विस्थानीकृत इलेक्ट्रॉन देती है, और डोपिंग आवेश वाहक जोड़ता या हटाता है। ये मिलकर एक अन्यथा इन्सुलेटिंग पॉलिमर को अर्धचालक या लगभग धात्विक चालक में बदल देते हैं।
- एक विशिष्ट पॉलिमर को एक कमोडिटी प्लास्टिक से क्या अलग करता है?
- कमोडिटी प्लास्टिक संरचनात्मक और पैकेजिंग उपयोग के लिए थोक में बनाए जाते हैं, जबकि विशिष्ट पॉलिमर को एक विशेष कार्य—चालकता, निम्नीकरण क्षमता, प्रतिक्रियाशीलता, या सुदृढीकरण—के लिए इंजीनियर किया जाता है, आमतौर पर कम मात्रा में और उच्च मूल्य पर।