Technologie wspczesne i przyszoci typowe przewodniki prdu elektrycznego

Technologie współczesne i przyszłości - typowe przewodniki prądu elektrycznego, - przewodniki nanomateriałowe

Technologia v Technologie – metody procesów produkcyjnych lub przetwórczych prowadzące do powstania półproduktu lub produktu finalnego. v Zasoby surowców w przyrodzie są ograniczone lub są na wyczerpaniu, koszty ich wydobycia i przetwórstwa często są zbyt kosztowne dla gospodarki i uciążliwe dla środowiska przyrodniczego. v Współczesne badania naukowe dążą do opracowania nowych technologii, które obniżą koszty produkcji i zastąpią dotychczasowe surowce – surowcami łatwo dostępnymi v Technologie chemiczne – oparte na przemianach chemicznych – co raz częściej wykorzystywane są w produkcji wyrobów przemysłowych, współcześnie w procesach technologicznych wykorzystywane są reakcje polimeryzacji

Przewodniki prądu elektrycznego v. Srebro – najlepszy przewodnik prądu elektrycznego, stosowane w specjalistycznej aparaturze elektronicznej ze względu na wysokie koszty. v. Miedź – obok glinu (aluminium) jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym i stosowanym przewodnikiem prądu elektrycznego. v Produktami, które mają co raz większe zastosowanie jako przewodniki prądu elektrycznego są polimery

Polimeryzacja v Polimeryzacja – reakcja łączenia się (addycji) cząsteczek związków małocząsteczkowych (monomerów), prowadząca do powstania polimeru – związku o dużej masie cząsteczkowej. v Monomer – związek małocząsteczkowy, który może ulegać reakcji polimeryzacji lub polikondensacji z utworzeniem polimeru lub polikondensatu v Monomerami mogą być węglowodory nienasycone (alkeny, alkiny) oraz związki, które w swoich cząsteczkach posiadają wiązania wielkokrotne (podwójne, potrójne)

Monomer a mer v Monomery i mery – przykład: Ø CH 2 = CH 2 (eten – etylen) polietylen ü - CH 2 – CH 2 – Ø CF 2 = CF 2 (tetrafluoroeten) teflon ü - CF 2 – CF 2 – CF 2 Ø CH 2 = CHCl (chloroeten) polichlorek winylu ü - CH 2 – CH – | | | Cl Cl Cl Ø CH ≡ CH (etyn – acetylen) ü - CH = CH – CH = CH - polietyn

Polietyn (poliacetylen) v n CH CH ( CH CH )n CH CH CH v v w polimerze poliacetylenu wiązania pojedyncze i podwójne rozkładają się naprzemiennie (sprzężenie wiązań podwójnych), ruchliwe pary elektronów w wiązaniu π „rozmywają – rozkładają” się na całą cząsteczkę polimeru, velektrony mogą swobodnie przemieszczać się wzdłuż łańcucha polimeru przewodząc prąd elektryczny

Poli(p-fenylen) i polianilina H H H H benzen p -fenylen H H 2 N H H Fenyloamina - anilina H n poli(p-fenylen) H H N H H polianilina n

Polimery jako przewodniki prądu v Polimery, których wspólną cechą budowy jest podwójne wiązanie węgiel – węgiel: Ø wykazują słabe przewodnictwo prądu elektrycznego (niższe niż krzem) Ø mają zdolność emisji światła o różnej barwie H C H H H H S H H C poli(pfenylowinylen): światło zielone lub żółtozielone n H H n Politiofan: światło czerwone H H H polifluoren: światło niebieskie n

Zastosowanie półprzewodników polimerowych v Czyste polimery przewodzące są półprzewodnikami, stosuje się do produkcji diod LED (Light-Emitting-Diode), diod OLED (Organic-Lighit-Emitting-Diode) v Diody LED i OLED stosuje się do produkcji kolorowych wyświetlaczy: telefonów komórkowych, komputerów przenośnych, odtwarzaczy multimedialnych, Ø laserów organicznych, Ø czujników oraz foli pochłaniającej promieniowanie radarowe, Ø tkanin pochłaniających promieniowanie podczerwone (tkaniny nie wykrywalne dla noktowizorów)

Nanomateriały jako przewodniki prądu v Nanotechnologia – nauka zajmująca się otrzymywaniem i praktycznym zastosowaniem struktur, których wymiary zawierają się w przedziale od 0, 1 nm do 100 nm (1 nm = 10 -9 m), Ø Rozmiary te odpowiadają wielkości pojedynczych atomów lub cząsteczek Jądro atomu 10 -4 nm (10 -13 m) Średnica atomu Grubość włosa Kartka papieru Płyta CD 0, 1 nm (10 -10 m) 104 nm (10 -5 m) 105 nm (10 -4 m) 106 nm (10 -3 m = 1 mm)

Nanomateriały - cd v Nanomateriały – regularne struktury zbudowane z pojedynczych atomów lub cząsteczek, nanomateriały dzielą się na: Ø Nanomateriały krystaliczne (trójwymiarowe krystality) Ø Ø Stopy metali, Kompozyty metal – metal Kompozyty metal – ceramika Krystalit jest obszarem rozpraszającym promieniowanie rentgenowskie (wykazującym wysoki stopień uporządkowania materiału). Kilka zrośniętych krystalitów w bezporowaty zespół nazywa się agregatem. Porowaty zespół złożony z wielu krystalitów i ewentualnie agregatów to aglomerat.

Nanomateriały - cd Ø nanomateriały warstwowe (dwuwymiarowe), np. Mo. S 2 – siarczek molibdenu(IV) ü wytrzymałość zbliżona do wytrzymałości grafenu (30 -krotnie wytrzymalszy od stali), ü podatny na odkształcenia, ü jest dobrym izolatorem, ü z grafenem stosowany do produkcji tranzystorów

Nanomateriały – (grafen) Ø Warstwa ma grubość średnicy atomu węgla Ø Bardzo dobre przewodnictwo cieplne i prądu elektrycznego (lepsze niż krzemu) Ø Kilkadziesiąt razy wytrzymalszy od stali Ø Bezbarwny Ø Przewiduje się wytwarzanie ekranów podatnych na odkształcanie

Nanomateriały – (nanorurki i fullereny) Ø Fullereny (C 60) – w postaci czystej nie przewodzi prądu elektrycznego, z domieszką rubidu są przewodnikami ü ciemnobrązowe kryształy, rozpuszczalne w benzynie, roztwór barwy fioletowej ü wytwarzanie ogniw słonecznych oraz paliwowych Ø Nanorurki – zwinięte w rurki grafenu otwarte na obu końcach ü bardzo trwałe, wytrzymałe na rozciąganie, przewodniki prądu i ciepła ü budowa kolektorów słonecznych (zamiana energii cieplnej w elektryczną), w medycynie – leczenie nowotworów.