POLÍMEROS CONDUTORES

A atraente viabilidade de polímeros condutores apesar dos estudos recentes na área.

 

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Figura 1: Transistor orgânico flexível de alta performance desenvolvido por pesquisadores das universidades de Stanford e da Califórnia em Los Angeles (Estados Unidos). (foto: Universidade de Stanford)

Sabe-se que polímeros são pequenas moléculas (monômeros) ligadas entre si, dando assim origem a macromoléculas podendo ser elas naturais ou sintéticas. Temos como exemplo de polímeros naturais a celulose, látex, amido entre outros. Já polímeros sintéticos (também conhecido como plástico) começaram a ser desenvolvidos em meados do século 20. No entanto somente às vésperas da segunda guerra mundial que os polímeros sintéticos começaram a ser conceitualmente estudados, embora só por volta dos anos 50 o objetivo de associar às propriedades elétricas dos metais as propriedades mecânicas dos polímeros foi levado a frente, produzindo assim os “polímeros condutores extrínsecos” (Extrínsecos porque a carga condutora é adicionada).

Ainda no início do século passado pensava-se que se o número de unidades repetidas de polímeros conjugados tendesse ao infinito e a energia do gap entre o topo da banda de valência e o limite da banda de condução estivesse tendendo a zero, haveria então um regime de caráter metálico, ou seja, seria um polímero extrínseco. Assim muitos tentaram sintetizar o poliacetileno por ser um polímero conjugado de simples estrutura; porém em 1956, Natta teve sucesso ao produzir um pó preto e semicristalino de poliacetileno. Mesmo com um entendimento limitado sobre tal material na época, físicos conseguiram provar que o polímero encontrado por Natta na verdade era intrinsecamente condutor. Durante alguns anos as tentativas de obter um polímero condutor foram completamente frustradas.

Somente na década de 70 foi possível a síntese de uma classe polimérica que conduzia eletricidade. Tudo aconteceu no laboratório do Instituto tecnológico de Tóquio em 1976.  Com o intuito de sintetizar o poliacetileno comumente encontrado como pó preto e semicristalino, um estudante utilizou acidentalmente uma quantidade de catalisador 1000 vezes maior que a usada normalmente e assim pode reparar a formação de um lustroso filme prateado, parecido com uma folha de alumínio. Um ano depois tendo sido feita a dopagem (indução do aumento de condutividade dos polímeros.) com iodo foi observado que o filme prateado flexível se tornou uma folha prateada dourada cuja condutividade elétrica era sensivelmente aumentada.

Na Década de 80 foi possível aumentar ainda mais a condutividade do poliacetileno. Foi usado um novo catalisador e após dopagem perceberam que haviam conseguido uma condutividade semelhante a do cobre metálico a temperatura ambiente. E assim outros polímeros condutores foram preparados.

Atualmente um dos maiores interesse no estudo de polímeros condutores é o desenvolvimento de materiais compósitos que possam aliar a alta resistência mecânica, atividade catalítica e propriedades magnéticas, a condutividade eletrônica.

O Poliacetileno sofre reações de oxi-redução e isto leva a formação de poliânions ou policátions no qual o balanço de carga é feito pela entrada de contra íons na matriz do polímero. Por exemplo, colocando-se o poliacetileno na presença de um agente oxidante ocorre a formação de um complexo polimérico positivamente carregado, seguido de redução do agente oxidante. Caso o poliacetileno seja colocado na presença de um agente redutor, haverá então a formação de um complexo polimérico negativamente carregado; acompanhado pela oxidação do agente redutor.

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Diversos outros polímeros como polipirrol e poliparafenileno vem sendo estudados por também terem a capacidade de ser dopados através de um processo eletroquímico assim como o poliacetileno. O processo de dopagem eletroquímica envolve a oxi-redução do sistema de elétrons π da cadeia polimérica, passando-se de um estado isolante para um estado condutor.

Caso tal processo seja reversível o ciclo eletroquímico poderá ser repetido várias vezes. Tal reversibilidade a principal razão da aplicação de polímeros condutores em muitas inovações tecnológicas, mas ainda assim tais processos são alvos de muita investigação.

Uma peculiaridade do processo eletroquímico na síntese de materiais poliméricos é que tanto a polimerização quanto a dopagem pode ocorrer em um único processo.

Materiais compósitos ou complexos formados por metais e polímeros condutores têm apresentado grande aplicabilidade em diversas áreas de interesse tecnológico e científico, e em particular apresentam uma forte tendência para a área de nanotecnologia, pois através da eletrólise é possível obter nanopartículas metálicas inseridas em filmes finos de polímeros condutores. Isso claro está diretamente ligado ao tipo de ânion dopante utilizado no processo.

Tomando parte na real aplicação de polímeros condutores na saúde e no bem estar do ser humano e também do planeta, temos a aplicação de tais materiais em complexos macroporosos que são desenvolvidos com o intuito de absorver metais pesados de organismos intoxicados, sendo o mercúrio um dos de maior estudo. Temos também o uso de tais complexos em tratamento de água com alta toxidade devido aos resquícios fenólicos na mesma encontrados.

No que diz respeito a descontaminação de água, vem sendo desenvolvido rotas de sínteses de resinas complexantes, para que dependendo da gravidade da situação possa ser escolhido a que mais for viável tanto economicamente quanto em se tratando da pureza da água desejada, já que dependendo do uso da mesma, há uma quantidade mínima de poluente aceita.

Imagem3                                                                                                      Figura 3. Processo de Microfiltração.

Não menos importante e também muito discutida atualmente é a utilização de polímeros condutores em membranas de separação de gases, onde a permeação gasosa é um processo complexo que sofre a ação de uma força motriz governada pelo equilíbrio termodinâmico das correntes gasosas que fluem paralelas às interfaces. Por tal ser um fenômeno de difusão, a membrana polimérica é usada na determinação da taxa de permeação do gás.

Um número significativo de modelos para a difusão de gases em polímeros elastoméricos baseia-se em conceitos de volume livre. Tais modelos geralmente relacionam os coeficientes de difusão de um sistema gás, polímero com o volume livre do mesmo e, assim, seguido da concentração do gás penetrante na membrana polimérica.

Portanto mesmo sendo uma área de estudo relativamente nova, por terem propriedades distintas de materiais comumente usados para áreas requeridas por indústrias de todo tipo, os polímeros condutores possuem uma probabilidade gigantesca de no futuro assumirem um papel tão importante quanto o dos metais na indústria diversa.

Referências Bibliográficas:

GIROTTO, Emerson M.; DE PAOLI, Marco-A; Transporte de massa em polímeros intrinsecamente condutores: importância, técnicas e modelos teóricos; Campinas – SP, Química Nova; vol.22; n.3; Mai/Jun. 1999

FIGUEIRÊDO, Marcus V.A.F.; Estrutura eletrônica e propriedades espectroscópicas de compósitos polianilina / ouro: Uma investigação AB INITIO.2009. 75 F. Dissertação(Mestrado).UFP- Departamento de Física; Pernambuco,2009.

IMAGEM 1. Disponível em < http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/do-laboratorio-para-a-fabrica/quando-a-eletronica-se-une-a-biologia> Acesso em 19/09/2015

IMAGEM 2. Disponível em< http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40421999000300014> Acesso em 19/09/2015.

IMAGEM 3. Disponível em < http://procesosbio.wikispaces.com/Microfiltraci%C3%B3n> Acesso em 20/09/2015

 

Autora: Silvielen Maynara Couto (UNILESTE)

Assessora de Conteúdo: Laísa Zanon