Polímeros Condutores. POLIPIRROLE (PPy) Mestrado Integrado em Engenharia Química Grupo: 5 Monitor: António Carvalho Supervisor: José Martins

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1 Polímeros Condutores POLIPIRROLE (PPy) Mestrado Integrado em Engenharia Química Grupo: 5 Monitor: António Carvalho Supervisor: José Martins

2 Introdução Polímeros Condutores extrínsecos Condutores intrínsecos Diferentes aplicações Modificações químicas na rede polimérica 2

3 Polímeros Inteligentes Estimulo do meio ambiente operacional Processamento de informação Resposta 3

4 Características dos PC São materiais orgânicos: {C, H, S, N, O, hal}. Apresentam propriedades eléctricas, magnéticas e ópticas idênticas às propriedades dos semicondutores. Apresentam condutividade elétrica intermediária. Fig. 1- Estrutura de alguns polímeros condutores 4

5 Dopagem Transferência de carga eléctrica provocada por moléculas dopantes Aumento significativo do número de cargas electrónicas livres Aumento da condutividade Fig.2 - Troca de cargas eléctricas entre o dopante e o polímero de PPy 5

6 Propriedades do Ppy Fácil obtenção Boas propriedades mecânicas Infusível Estável Elevada condutividade Baixo custo 6

7 Propriedades físicas Não tem cor; É higroscópico; Torna-se escuro quando oxida; Tem uma estrutura Fig. 3- Estrutura planar e pentagonal do Ppy pentagonal planar. 7

8 Síntese do Ppy Química Electroquímica A fonte de energia é a energia interna do oxidante A fonte de energia é a aplicação de uma diferença de potencial ou corrente Vantagens: possibilitar a produção de grandes quantidades de material Vantagens: controlar as propriedades e a espessura do filme produzido 8

9 Síntese química Polimerização oxidativa química: o pirrol é oxidado e são utilizados oxidantes químicos que são reduzidos (FeCl3, Br2, I2, CuCl2). A síntese química pode ocorrer por duas reacções: Reacção de condensação; Reacção de adição. 9

10 Processo de polimerização Principais etapas do processo: Formação de um catião radical e de um protão 1 2 Acoplamento de dois catiões radicais e eliminação de dois protões Sucessivas adições dos dímeros com catiões radicais 3 10

11 Processo de polimerização Fig.4 - Mecanismo de reacção da polimerização do Ppy. 11

12 Síntese electroquímica Oxidação anódica: ocorre com o auxílio de uma célula electroquímica clássica, num meio adequado onde se encontra o ânodo e monómero dissolvido. Pela aplicação de uma diferença de potencial ou corrente, com intensidade suficiente, dá-se a oxidação do monómero que se deposita em forma de filme. 12 Fig. 5- Constituição da célula eletroquímica

13 Processo de polimerização Principais etapas do processo: Formação de um catião radical e de um protão 1 2 Formação de um dímero Acoplamento assistido pela de dois catiões presença de um radicais e contra-ião eliminação de dois protões 3 4 Sucessivas adições dos dímeros com catiões radicais 13

14 Processo de polimerização Fig.4 - Mecanismo de reacção da polimerização do Ppy. 14

15 Aplicações Protecção dos materiais contra a corrosão; Baterias; Catálise; Sensores. Fig.6 Fenómeno de corrosão 15

16 Protecção dos materiais contra a corrosão Estudos científicos comprovam que o PPy poderá ser utilizado como revestimento anticorrosivo dos metais. Funciona como uma barreira contra a penetração de oxidantes e alguns aniões. Fig.7 Automóvel afetado pela corrosão 16

17 Baterias O PPy pode ser usado no fabrico de baterias de lítio recarregáveis. As baterias têm o dobro do armazenamento de uma bateria de dupla camada elétrica e 100 vezes mais a potência de uma bateria alcalina padrão. Fig.8 Baterias de plástico Vantagens dos elétrodos de PPy: peso reduzido, capacidade de armazenamento de alta energia e a possibilidade de os fabricar e usar na forma de peliculas finas. 17

18 Catálise O PPy tem sido considerado a alternativa mais promissora ao carbono em células de combustível. Pode ser utilizado como catalisador do ânodo ou cátodo em células de combustível a baixas temperaturas. 18

19 Sensores Dispositivo que transforma um certo tipo de informação num sinal mensurável. A dopagem do PPY por bionanomateriais apresenta propriedades catalíticas que podem ser facilmente aplicadas na conceção de biosensores. Vantagens: existe um grande número de polímeros que podem ser utilizados, a baixo custo, que conseguem ser muito precisos e atuam quase instantaneamente. 19

20 Conclusão Baterias Polímeros condutores Síntese Química Síntese Electroquímica Aplicações Catálise Protecção da materiais Sensores Membranas 20

21 OBRIGADO PELA VOSSA ATENÇÃO! Mestrado Integrado de Engenharia Química Coordenador Geral - Armando Sousa Coordenador do curso João Bastos Supervisor: José I. Martins Monitor: António Carvalho Estudantes & Autores: Ana Cristina O. Teixeira up @fe.up.pt Ângela N. Araújo up @fe.up.pt Cláudia Cristina F. Almeida up @fe.up.pt Diogo Miguel M. Abreu up @fe.up.pt Isabel Maria P. A. Oliveira up @fe.up.pt Joana S. E. Martins up @fe.up.pt Joana Beatriz B. Fonseca up @fe.up.pt 21