Base de datos de propiedades de polímeros
Polímeros conductores
La mayoría de los polímeros orgánicos son aislantes por naturaleza. Sin embargo, existen unos pocos polímeros conductores intrínsecos (PIC) que tienen enlaces simples y dobles alternados a lo largo de la columna vertebral del polímero (enlaces conjugados) o que están compuestos de anillos aromáticos como fenileno, naftaleno, antraceno, pirrol y tiofeno que están conectados entre sí a través de enlaces simples carbono-carbono.
El primer polímero con conductividad significativa sintetizado fue el poliacetileno (polietileno). Su conductividad eléctrica fue descubierta por Hideki Shirakawa, Alan Heeger y Alan MacDiarmid, quienes recibieron el Premio Nobel de Química en 2000 por este descubrimiento. Sintetizaron este polímero por primera vez en el año 1974 cuando prepararon poliacetileno como una película plateada a partir de acetileno, utilizando un catalizador Ziegler-Natta. A pesar de su aspecto metálico, el primer intento no produjo un polímero muy conductor. Sin embargo, tres años después, descubrieron que la oxidación con vapor halógeno produce una película de poliacetileno mucho más conductora.1 Su conductividad era significativamente más alta que cualquier otro polímero conductor conocido anteriormente. Este descubrimiento inició el desarrollo de muchos otros polímeros orgánicos conductores.
La conductividad de polímeros conjugados no dopados, como el poliacetileno, se debe a la existencia de una banda conductora similar a un metal. En un polímero conjugado, tres de los cuatro electrones de valencia forman fuertes enlaces σ a través de la hibridación sp2, donde los elctrones están fuertemente localizados. El electrón no apareado restante de cada átomo de carbono permanece en un orbital pz. Se superpone con un orbital pz vecino para formar un enlace π. Los electrones π de estos orbitales pz conjugados se superponen para formar un sistema orbital pz extendido a través del cual los electrones pueden moverse libremente (deslocalización de electrones π). Sin embargo, los polímeros no dopados tienen una conductividad bastante baja. Solo cuando un electrón se elimina de la banda de valencia por oxidación (dopaje p) o se agrega a la banda conductora por reducción (dopaje n), el polímero se vuelve altamente conductor. Los cuatro métodos principales de dopaje son
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Dopaje redox p: Algunos de los enlaces π se oxidan tratando el polímero con un agente oxidante como yodo, cloro, pentafluoruro de arsénico, etc.
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N-doping2 redox: Algunos de los enlaces π se reducen al tratar el polímero con agentes reductores a, como el litio y la naftalina sódica.
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Dopaje electroquímico p y n: El dopaje se logra mediante reducción catódica (p) o oxidación anódica (n)
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Dopaje fotoinducido: El polímero está expuesto a radiación de alta energía que permite a los electrones saltar a la banda conductora. En este caso, los cargos positivos y negativos se localizan en unos pocos bonos.
El dopaje aumenta la conductividad en muchos órdenes de magnitud. Se han notificado valores de hasta 102 – 104 S/m. Otro método para aumentar la conductividad es la alineación mecánica de las cadenas de polímeros. En el caso del poliacetileno, se han encontrado conductividades de hasta 105 S/m, que siguen siendo varias magnitudes inferiores a la conductividad de la plata y el cobre (108 S/m), pero más que suficientes para aplicaciones electrónicas como transistores a base de polímeros, diodos emisores de luz y láseres.
La siguiente tabla enumera las conductividades típicas de algunos polímeros conjugados comunes y sus unidades de repetición. La conductividad real no solo depende de la estructura y morfología del polímero, sino también del tipo de dopante y su concentración.
| Compuesto | Unidad Repetitiva | Conductividad (S cm-1) |
| trans-Poliacetileno |  |
103 – 105 |
| Politiofeno |  |
103 |
| Polipirrol |  |
102 – 7.5 · 103 |
| Poli(p-fenileno) |  |
102 – 103 |
| Polianilina |  |
2 · 102 |
| Poli(p-fenileno vinylene) |  |
2 · 104 |
