Fonksiyonel ve Özel Polimerler
Fonksiyonel ve özel polimerler, zincir yapısına özgül kimya ve mimari mühendisliği uygulanarak, yapısal kullanımın ötesinde performans için tasarlanmıştır; örneğin elektrik iletme, çevrede bozunma, kompozitleri güçlendirme veya uyaranlara tepki verme gibi.
Tanım
Fonksiyonel ve özel polimerler, kimya ve mimarinin kasıtlı kontrolü aracılığıyla elektriksel iletkenlik, kontrollü bozunma, mekanik güçlendirme veya dış uyaranlara tepki verme gibi belirli bir yapısal olmayan işlevi yerine getirmek üzere sentezlenen veya formüle edilen makromoleküler malzemelerdir.
Kapsam
Bu alan, ticari yapısal rollerden ziyade hedeflenen bir işlev için tasarlanmış polimerleri kapsar: elektrik ileten ve elektroaktif polimerler, biyobozunur ve biyo-bazlı polimerler, polimer karışımları ve lif takviyeli kompozitler ile uyaranlara tepki veren polimerler ve jeller. Moleküler tasarımın, katkı maddelerinin ve morfolojinin iletkenlik, bozunabilirlik, güçlendirme ve çevresel tepkisellik gibi özellikleri nasıl oluşturduğunu ele almaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Moleküler tasarım, bir polimere elektriksel iletkenliği veya tepkiselliği nasıl kazandırmaktadır?
- Bir polimeri biyobozunur veya yenilenebilir kaynaklardan türetilebilir kılan nedir?
- Karıştırma ve takviye, özellik aralığını tek polimerlerin ötesine nasıl genişletmektedir?
- Uyaranlara tepki veren davranışlar nasıl tasarlanmakta ve kullanılmaktadır?
Temel kuramlar
- İletken polimerlerde konjugasyon ve doping
- Alternatif tekli ve çiftli bağlardan oluşan sürekli bir omurga, delokalize elektronik durumlar yaratmakta ve oksidatif veya redüktif doping, iletkenliği birçok büyüklük mertebesinde artıran yük taşıyıcıları ekleyerek bir polimeri yarı iletken veya neredeyse metal haline getirmektedir.
- Karışımlar ve kompozitlerde faz morfolojisi
- Çoğu polimer birbiriyle karışmadığı için, karışımlar ve kompozitler, arayüzleri ve dağılmış faz geometrisi tokluk, sertlik ve bariyer özelliklerini yöneten çok fazlı morfolojiler oluşturmaktadır; bu nedenle uyumlulaştırma ve takviye tasarımı performans için merkezi öneme sahiptir.
Mekanizmalar
Her sınıf, belirli moleküler veya morfolojik tasarım yoluyla işlevini yerine getirmektedir. Doping ile konjuge omurgalar elektrik yükünü taşımaktadır. Genellikle polyesterlerde veya polisakkarit türevi zincirlerde bulunan hidrolize edilebilir veya oksitlenebilir bağlar, enzimatik veya kimyasal bozunmayı mümkün kılmakta ve yenilenebilir hammaddeler biyo-bazlı monomerleri sağlamaktadır. Birbiriyle karışmayan polimerlerin karıştırılması veya liflerin ve parçacıkların dağıtılması, arayüzleri gerilimi aktaran ve bileşenlerin güçlü yönlerini birleştiren çok fazlı malzemeler oluşturmaktadır. Tepki veren polimerler, sıcaklık, pH, ışık veya diğer uyaranlarla çözünürlüğü, yükü veya konformasyonu keskin bir şekilde değişen grupları içermekte, bu da jellerde ve filmlerde şişme, çökme veya hareketlenmeyi tetiklemektedir.
Klinik önem
Fonksiyonel polimerler, gelişmekte olan teknolojilerin temelini oluşturmaktadır: iletken polimerler organik elektronik, sensörler ve bataryalarda kullanılmaktadır; biyobozunur ve biyo-bazlı polimerler plastik atık sorununu ele almakta ve emilebilir tıbbi malzemeler sağlamaktadır; kompozitler ulaşım ve havacılıkta hafif yapısal performans sunmaktadır; ve tepki veren polimerler ve jeller ilaç salımı, yumuşak aktüatörler ve akıllı membranları mümkün kılmaktadır.
Tarihçe
Heeger, MacDiarmid ve Shirakawa'nın 1977'de dopingli poliasetilende yüksek iletkenliği keşfetmesi, iletken polimerler alanının temelini atmış ve 2000 Nobel Kimya Ödülü ile tanınmıştır. Buna paralel olarak, Tanaka'nın jellerdeki hacim faz geçişleri üzerine çalışmaları, lif takviyeli kompozitlerin yükselişi ve plastik kalıcılığına ilişkin artan endişe, fonksiyonel ve özel polimerlerin daha geniş gelişimini tetiklemiştir.
Öne çıkan isimler
- Alan Heeger
- Alan MacDiarmid
- Hideki Shirakawa
- Toyoichi Tanaka
İlgili konular
Temel eserler
- young2011
- hiemenz2007
Sıkça sorulan sorular
- Bir polimer elektriği nasıl iletebilir?
- Alternatif tekli ve çiftli bağlardan oluşan bir omurga, delokalize elektronlar sağlamakta ve doping, yük taşıyıcıları eklemekte veya çıkarmaktadır. Bunlar birlikte, aksi takdirde yalıtkan olan bir polimeri yarı iletken veya hatta neredeyse metalik bir iletkene dönüştürmektedir.
- Özel bir polimeri ticari bir plastikten ayıran nedir?
- Ticari plastikler yapısal ve ambalaj kullanımı için toplu olarak üretilirken, özel polimerler belirli bir işlev (iletkenlik, bozunabilirlik, tepkisellik veya güçlendirme) için tasarlanmakta, genellikle daha küçük hacimlerde ve daha yüksek değerde üretilmektedir.