ELETTRICITÀ E COLORE: Polimeri Conduttori

La Chimica in Mostra
La Chimica e l’acqua, l’ambiente, l’energia
Milano 22-28 marzo 2010
ELETTRICITÀ E COLORE:
Polimeri Conduttori Elettrocromici
a cura di Dr.V.Bonometti e Prof.P.Mussini
Tra le caratteristiche più note dei materiali plastici polimerici, c’è il fatto di essere ISOLANTI: gli elettroni che
costituiscono le molecole del polimero sono completamente impegnati nella formazione dei legami covalenti tra
atomo e atomo. L’isolamento è tanto buono che i cavi elettrici sono ricoperti di plastica per evitarci di prendere la
scossa!
Alcuni materiali polimerici, però, sono in grado di condurre l’elettricità: la loro scoperta da parte dei
chimici Heeger, MacDiarmid e Shirakawa, alla fine degli anni ’70, ha aperto una nuova strada per lo
sviluppo tecnologico, tanto che gli scienziati sono stati insigniti del Premio Nobel per la Chimica nel 2000!
L’elettricità consiste in un movimento di elettroni (cariche).
I metalli sono ottimi conduttori perché gli elettroni non sono localizzati sui singoli atomi, ma sono liberi di muoversi.
Per condurre, un polimero deve imparare
a comportarsi come un metallo!
Coniugazione
alternanza di legami doppi e singoli.
È come se il legame doppio ballasse tra due posizioni possibili:
gli elettroni dei legami sono delocalizzati
Doping
inserimento di cariche
Supponiamo di inserire una carica positiva (ovvero, togliamo un
elettrone): come in questo gioco, le tessere diventano mobili se
ne viene tolta una!
O
*
S
O
n
*
Poli p-fenilene vinilene
(PPV)
*
N
H
O
S
N
H
*
O
Poli(3,4etilenediossitiofene)
(PEDOT)
*
VANTAGGI DEI POLIMERI CONDUTTORI
*
POLIMERI:
materiali a basso costo, facilmente lavorabili,
progettabili “su misura” per l’applicazione
CONDUTTORI:
estensione
delle applicazioni in
Polipirrolo
elettronica, sensoristica, ottica
ELETTROCROMISMO: alcuni materiali, tra cui molti polimeri conduttori,
sono in grado di cambiare colore in maniera reversibile in seguito all’iniezione di una carica
N
H
n
n
La POLIANILINA assume diversi colori a seconda dello stato di ossidazione:
n=1, m=0 Leucoemeraldina, bianco/giallo
n=0.5, m=0.5 Emeraldina, verde
n=0, m=1 Pernigranilina, blu/viola
Questo fenomeno è attualmente impiegato per la produzione di
SMART WINDOWS, materiali trasparenti le cui proprietà di trasmissione
della luce (colore, grado di trasparenza…) e anche del calore
possono essere variate semplicemente premendo un bottone,
per effetto dell’applicazione di una differenza di potenziale elettrico.
Università degli Studi di Milano
Dipartimenti Chimici