Terminem polimery przewodzące (skoniugowane) określa się grupę polimerów, których łańcuch główny zbudowany jest z układu sprzężonych wiązań π. Ostatnie lata przyniosły gwałtowny rozwój badań nad zastosowaniem tego rodzaju materiałów organicznych do przetwarzania energii słonecznej w elektryczną. Szybko jednak okazało się, że ogniwa, w których warstwę aktywną stanowią polimery przewodzące charakteryzują się bardzo małą wydajnością konwersji energii. Efektywność działania polimerowych ogniw fotowoltaicznych można jednak znacznie poprawić wprowadzając do układu cząsteczki o właściwościach elektronoakceptorowych lub nanokryształy półprzewodników nieorganicznych, na przykład selenku kadmu otoczone alifatycznymi ligandami. Ligandy te zapobiegają aglomeracji nanokryształów i ułatwiają ich dyspersję w rozpuszczalnikach organicznych. Z drugiej strony stanowią jednak izolacyjną powłokę utrudniającą transport ładunku elektrycznego. W toku prowadzonych badań zaobserwowano, że wymiana pierwotnych, alifatycznych ligandów na ligandy zawierające układy sprzężonych wiązań podwójnych przyczynia się do ułatwienia przeniesienia ładunku między nanokryształem i matrycą polimerową.
Jak wiele innych substancji, podobnie polimery przewodzące wykazują zdolność do absorpcji promieniowania elektromagnetycznego. Podczas takiego procesu światło o określonej długości fali padające na próbkę zostaje pochłonięte, a miarą jego absorpcji jest absorbancja, którą mierzy się w szerokim zakresie długości fali – począwszy od ultrafioletu (UV), przez światło widzialne (Vis) po bliską podczerwień (NIR). Zarejestrowane wówczas za pośrednictwem spektrofotometru widmo UV-Vis-NIR, przedstawia zależność absorbancji od długości fali padającego na próbkę światła. Jeśli przy danej długości fali substancja wykazuje maksimum absorpcji, w jej widmie pojawia się wtedy dobrze widoczny pik.
Na podstawie: R. Szczypiński, Synteza oligomerów tiofenowych do zastosowań w układach hybrydowych z nanokryształami selenku kadmu. Praca dyplomowa na stopień magistra inżyniera wykonana pod kierunkiem prof. dr hab. M. Zagórskiej. Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska, Warszawa 2007.
Przykładem polimeru przewodzącego, który może zostać wykorzystany jako optyczny sensor rejestrujący zmiany pH środowiska jest polianilina. Strukturę tego związku wielkocząsteczkowego zwanego emeraldyną ilustruje rysunek:
Emeraldyna przyjmuje zabarwienie niebieskie i osiąga maksimum absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przy długości fali 575 nm. W celu zwiększenia przewodnictwa elektrycznego, poddaje się ją protonowaniu z wykorzystaniem kwasu solnego. Reakcja taka prowadzi do powstania soli o zabarwieniu zielonym, której maksimum absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przypada dla długości fali równej 750 nm.
W temperaturze 25 oC rejestrowano zmiany długości fali maksimum absorpcji (λmax) emeraldyny w zakresie pH roztworu 2÷12, w jakim ten polimer się znajdował. Opisane zmiany ilustruje poniższy rysunek:
Na podstawie: Zhe Jin, Yongxuan Su, Yixiang Duan, An improved optical pH sensor based on polyaniline, Sensors and Actuators B 2000.
Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.
Polianilina (może / nie może) zostać wykorzystana jako optyczny sensor pH, w celu odróżnienia roztworów o stężeniach molowych jonów H3O+ 2∙10–3 oraz 3,2∙10–9, ponieważ w pierwszym z wymienionych roztworów polimer ten przyjmie (niebieskie / zielone) zabarwienie, natomiast w drugim z nich polianilina będzie (niebieska / zielona / pozostawać bez zmian).
© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone