Hóa học quanh ta
Videoclip Hóa học
Tra cứu Hóa học

(H2N2)-Hiện nay công nghệ OLED và pin năng lượng mặt trời đã và đang bắt đầu phát triển mạnh. Cộng nghệ đèn OLED là một ứng cử viên sáng giá có thể thay thế màng hình LCD hiện nay. Một ngày gần đây gia đình bạn sẽ có một chiếc Tivi mànhình lớn mà chỉ dày vài milimet, thậm chí có thể cuốn lại được. Với giai đoạn khủng hoảng năng lượng hiện nay những loại năng lượng như gió mặt trời là các dạng năng lượng sạch được nhiều nước trên thế giới khuyên dùng. Vậy thì loại vật liệu chính để làm ra OLED và tấm pin năng lượng là gì? Trong phần 1 sẽ đề cập đến vật liệu chính để làm ra tấm pin năng lượng.

Vật liệu chính để làm ra tấm pin năng lượng là một loại polymer liện hợp pi như polyacetylene, polypyrrole, polythiophene... trong đó polythiophene được chọn để đảm nhiệm công việc này vì một số khả năng đặc biệt của nó như bền nhiệt và độ dẫn điện cao. Hơn thế nửa dẫn xuất của polythiophene là Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) là một loại polymer dẫn điện rất cao vì thế PEDOT được chọn làm pin năng lượng.

Trong năm 2009 các nhà khoa học đã tổng hợp thành công Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) hình sợi bằng phương pháp hóa học sử dụng monomer 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) với doping (xúc tác) là BF3, kết quả PEDOT hình thành với khả năng dẫn điện lên đến 150-250 S/cm. Độ bền nhiệt gia tăng đáng kể. Hình thái của PEDOT được quan sát bằng SEM cho thấy các sợi với chiều dài và bán kính là 10 và 0.4 µm.

Hinh1:Tấm Pin năng lượng.

- Trong hầu hết các polymer dẫn điện thì PEDOT là một loại vật liệu polymer được ứng dụng nhiều nhất vì khả năng bền nhiệt, độ dẫn cao, độ trong suốt cao khi được doping loại p. PEDOT được tổng hợp bằng phương pháp hóa học bằng cách sử dụng một chất doping là một acid Lewis như FeCl3 ,BF3 polymer tạo thành ở dạng bột đen với độ dẫn 100S/cm. Các nhà khoa học quan tâm làm sao để điều chế một polymer có độ dẫn cao hơn là hiệu suất trong giai đoạn này vì thế họ đã bắt tay vào nghiên cứu để tìm ra điều kiện tối ưu nhất.

Thí nghiệm


Bảng 1: Điều kiện tối ưu để tổng hợp PEDOT có độ đẫn cao.

- Từ bảng 1 cho thấy với xúc tác là acid BF3 trong dung môi toluen, nhóm thế halogen là Br thì cho độ dẫn cao nhất.

Hình 2: Phản ứng tổng hợp PEDOT

- Monomer được dùng là 2,5-dibromo-3,4-ethylenedioxythiophene, dung môi sử dụng là toluen ở nhiệt độ là 35°C vừa thêm từ từ BF3-OEt2 và khuấy đều dung dịch. Tiếp tục khuấy đều hỗn hợp ở 30°C trong 2 giờ và sau đó đun nóng trong thời gian là 24 giờ ở 100°C như trên bảng 1. Trong quá trình thực hiện phản ứng sẽ có sinh ra khí Br, khí Br được bẩy vào nước. Kết thúc phản ứng trong dung dịch phản ứng xuất hiện một dạng bột rắn màu xanh-đen sẽ được mang đi lọc, rửa nhiều lần bằng alcol và nước, và cuối cùng là rửa bằng chloroform, sau khi lọc sản phẩm ở dạng bột thì làm khô tự nhiên ngoài không khí và lò chân không ở 40°C.

Kết quả & thảo luận - Hình dạng của PEDOT được xác định thông qua kính hiển vi điện tử SEM. Kết quả dưới kính hiển vi cho thấy PEDOT được hình thành ở dạng sợi với chiều dài trung bình là 10µm đường kính khoảng 0.4µm. PEDOT được tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau sẽ có hình dạng khác nhau, cụ thể là khi tổng hợp bằng chất xúc tác FeCl3 hình dạng của PEDOT được thấy như hình 2c, hay khi được tổng hợp ở trạng thái rắn thì thấy như hình 2d, hình 2a và 2b là PEDOT khi tổng hợp bằng xúc tác BF3. Hình thái của PEDOT như thấy ở hình 2c và 2d bất bình thường và vô định hình không có dạng sợi. Trên thực tế PEDOT được tổng hợp ngay bên trong một cái khung (ví dụ như cái khây thủy tinh). Hình thái của PEDOT có liên quan mật thiết đến tính dẫn điện, các PEDOT ở dạng sợi sẽ có tính dẫn điện cao hơn đặt biệt là các sợ có đường kính nhỏ.


Hình 3: Hình thái PEDOT nhìn dưới SEM

- Các PEDOT hình sợi có tính dẫn điện cao hơn PEDOT vô định hình và độ ổn định độ dẫn trước sự khắt nghiệt của môi trường theo thời gian cũng khá lý tưởng. Để chứng mình điều này người ta đã làm một thí nghiệm nhỏ như sau: hai mẫu, một của PEDOT hình sợ được tổng hợp bằng xúc tác BF3 (PEDOT/BF3) và một bằng xúc tác FeCl3 (PEDOT/FeCl3) cùng dung môi toluen, ban đầu độ dẫn điện tương ứng của hai mẫu này là 2.5*10^2 và 3.6*10 S/cm, để thử tính chất người ta cho hai mẫu vào lò ở 100oC sau ba ngày thì thấy rằng độ dẫn của PEDOT/BF3 hình sợi giảm ít cụ thể là còn 1.6*10^2 S/cm còn PEDOT/BF3 giảm còn 2*10 S/cm. Ngay cả khi PEDOT/BF3 bị nung trong 7 ngày ở 100°C thì độ dẫn còn ở mức 10^2S/cm.  
- Các polymer dẫn nói chung polythiophene nói riêng điều có tính điện, quang, điện hóa học, tính chất hóa lý rất đặt trưng, chính v vậy polythiophene được sử dụng làm vật liệu trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ kỹ thuật cao như: pin năng lượng, chế tạo nguồn điện dùng nhiều lần có kích thước mỏng, siêu nhỏ (polymeric rechargeable battery), chế tạo các cảm biến (sensor), như các loại cảm biến hóa học, cảm biến sinh học, kỹ thuật thông tin số, màng chọn lọc (selective membrance) vật liệu phủ đặt biệt hấp thụ sóng điện từ, vật liệu phủ chống ăn mòn hóa học, vật liệu trong ngành điện tử...
- Vật liệu chế tạo cảm biến: PT có thể sử dụng làm vật liệu chế tạo các loại sensor như sensor đo độ ẩm, bộ cảm biến sinh học (biosensor) đo hàm lượng glucozo trong máu, đo hàm lượng acid amin, sensor hóa học đo nồng độ các loại khí như nito, hidro, SO2.
- Vật liệu phủ đặt biệt: Vật liệu phủ chống ăn mòn kim loại: PT được sử dụng làm vật phủ chống ăn mòn kim loại. Quá trình chống ăn mòn kim loại của vật phủ PT thực hiện theo cơ chế sau: Màng PT đóng vai trò là màng chắn để ngăn cản sự vận chuyển oxy nước vào bề mặt tiếp xúc với kim loại. Màng PT đống vai như catod bảo vệ kim loại, là nguôn cung cấp các chất ức chế chống ăn mòn kim loại, ngoài ra nó còn như một màng oxit thụ động bền vững giống như màng Crom bảo vệ kim loại. Màng phủ chống tĩnh điện bề mặt, hấp thu sóng điện từ: Màng mỏng PT vải tẩm PT đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực chế tạo vật liệu: Chống tĩnh điện bề mặt (antistatic film, antistatic fibers). Hấp thụ sóng điện từ; Electromagnetic interference shieding, hấp thụ sóng rada. Nhờ khả năng chống tĩnh điện người ta đã chế tạo ra áo khoác chống tĩnh điện.

Ngày nay các màng hình vi tính hay tivi được phủ một lớp PEDOT:PSS như một lớp phủ chống tĩnh điện cho các ống tia âm cực (CRT) để tránh thu hút bụi.


Nguyễn Cao Thạch

Nguồn Cyberchemvn.com

Tham khảo:

Woonphil Baik, Wanquiang Luan, Ren He Zhao, Sangho Koo, Kyu-Sik Kim

Synthesis of highly conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene) fiber by simple chemical polymerization Synthetic Metals,

Volume 159, Issue 13, July 2009, Pages 1244-1246, Sciencedirect.

Hits smaller text tool iconmedium text tool iconlarger text tool icon

Comments powered by H2N2

Tin liên quan:
Tin mới hơn:
Tin cũ hơn:

DANH MỤC TÀI LIỆU

Polythiophene và dẫn xuất: Một polymer dẫn điện nhiều tiềm năng (Phần 1)