Нанoталшықтар арқылы өткізгіш полимерлердің морфологиясын бақылау әдісі

Кіріспе

Химиялық процесс. Наноталшықтарды себу – химиялық жолмен синтезделген тоқ өткізгіш полимерлердің көлемдік морфологиясын бақылау процесі. Әдетте, наноталшықтар тұқымы полимерлену (реакция) басталар алдында, каталитикалық мөлшерде қосылады, онда тұқымдар дәстүрлі үлгілер емес, "морфологияны бағыттайтын агент" ретінде қызмет етеді (қатты немесе жұмсақ үлгілеу әдістеріне қараңыз).

Сипаттама

Наноталшықтарды тұқымдау деп аталатын жаңа синтетикалық тәсіл, химиялық синтезделген электрондық органикалық полимерлердің көлемдік морфологиясын бақылау үшін әзірленді. Полианилин сияқты тоқ өткізгіш полимерлердің наноталшықтарының көп мөлшері, дәстүрлі үлгілер, беттік белсенді заттар, полимерлер немесе органикалық еріткіштерді қолданбай, бір қадамда синтезделуі мүмкін. Наноқұрылымды тоқ өткізгіш полимерлерді алуға арналған дәстүрлі тотықтыру полимерлендіру тәсілдеріне, қатты үлгілер ретінде цеолиттер, опалдар және бақыланатын тесік өлшеміне ие мембраналар, немесе полимерлер мен беттік белсенді заттар сияқты жұмсақ үлгілерді пайдалану кіреді. Сондай-ақ, ірі органикалық аниондарды қолдану нәтижесінде полианилин наноталшықтары мен нанотүтікшелерінің орташа диаметрі 650-80 нм аралығында болатын "үлгісіз" тәсіл де сипатталған. Полианилиннің стандартты синтезі дөңгелек пішінді морфологияны береді. Дегенмен, егер дәстүрлі реакцияға 1-4 мг (тұқым мөлшері) алдын ала синтезделген полианилин наноталшықтары қосылса (наноталшық тұқымдарын интерфейстік полимерлендіру арқылы дайындауға болады), көлемдік морфология дөңгелек пішіндіден наноталшықтыққа қарай күрт өзгереді. Бұдан өзге, наноталшықтарды тұқымдау арқылы синтезделген полианилин наноталшықтарында сыйымдылықтың жоғарылауы байқалды. Тотықтыру полимерлендіруді ванадий пентоксиді наноталшықтары сияқты басқа да наноқұрылымды материалдармен тұқымдауға болады, онда V2O5 наноталшықтары (i) фибриллярлық полимердің өсуін жылдамдатады, (ii) 1.0 M HCl суда баяу ериді, бұл үлгіні алып тастау қадамдарын қажет етпейді. Сондықтан полимерлендірудің басталуына дейін тек катализдік мөлшерде (4 мг) V2O5 наноталшықтары қажет, бұл полимер шөгіндісінің көлемдік морфологиясын айтарлықтай өзгертеді. Сонымен қатар, бір қабырғалы көміртек нанотүтікшелері мен наноталшықты гексапептидтерді де тұқымдау үлгілері ретінде пайдалануға болады. Бұл тәсілді полипиррол, PEDOT және басқа политиофендер сияқты барлық негізгі тоқ өткізгіш полимерлерге қолдануға болады. Наноталшықтарды тұқымдау – бұл тоқ өткізгіш полимерлердің наноталшықтарынан жұқа, субстратқа орналасқан, мөлдір қабықшаларды алудың ыңғайлы тәсілі, бұл ретте қосымша көлемдік өңдеу қадамдары қажет емес.

A new synthetic approach, called nanofiber seeding, was developed to control the bulk morphology of chemically synthesized electronic organic polymers. Bulk quantities of nanofibers of conducting polymers such as polyaniline, can be synthesized in one step without the need for conventional templates, surfactants, polymers, or organic solvents. Conventional oxidative polymerization approaches to nanostructured conducting polymers include the use of hard template zeolites, opals, and controlled pore size membranes, or soft template such as polymers and surfactants. A “template free” approach has also been described in which the use of large organic anions results in polyaniline nanofibers and nanotubes having average diameters in the 650 80 nm range. Standard synthesis of polyaniline yields granular morphology. However, if the conventional reaction is seeded by 1 4 mg (seed quantities) of added pre synthesized polyaniline nanofibers, (nanofiber seeds could be prepared from interfacial polymerization) the bulk morphology changes dramatically from granular to nano fibrillar. Furthermore, increased capacitance values were observed in polyaniline nanofibers synthesized by the nanofiber seeding approach. Oxidative polymerization can be also seeded by other nanostructure materials such as vanadium pentoxide nanofibers, where V2O5 nanofibers (i) Rapidly initiate fibrillar polymer growth (ii) Slowly dissolve in aq. 1.0 M HCl, which eliminates template removal steps. Hence only catalytic amounts (4mg) V2O5 nanofibers are needed prior to onset of polymerization, which significantly change the bulk morphology of the polymer precipitate. Moreover, single walled carbon nanotube and nano fibrous hexapeptide can be also used as templating seeds. This method can be extended to all major classes of conducting polymers, including polypyrrole, PEDOT and other polythiophenes etc. Nanofiber seeding is a convenient approach to obtain thin, substrate supported, transparent films of nanofibers of conducting polymers without requiring any bulk processing steps.