Polimeros Condutores

1 INTRODUÇÃO

O termo polímero representa um grande número de substâncias, algumas de ocorrência natural e outras sintéticas. O início de sua utilização pelo homem se confunde com a história. No entanto, o desenvolvimento sintético teve início em princípios do século 20, sob base ainda empírica. Apenas às vésperas da Segunda Guerra Mundial, os polímeros começaram a ser preparados e os con-ceitos que envolvem esta classe de materiais começaram a ser estudados. A idéia de associar propriedades elétricas dos metais às propriedades mecânicas dos polímeros ocorreu por volta dos anos 50, pela incorporação de cargas condutoras (negro de fumo, fibras metálicas ou fibra de carbono) a estes, produzindo os chamados “polímeros condutores extrínsecos” (extrínsecos pois a carga condutora é adicionada). Recente-mente, uma outra classe de materiais condutores, os “polímeros condutores intrínsecos”, vem sendo estudada e suas propriedades específicas têm contribuído muito para uso em diversas aplicações. Estes polímeros conduzem corrente elétrica sem a incorporação de cargas condutoras.

2 ESTRUTURA MOLECULAR E PROPRIEDADES DE CONDUÇÃO

Os polímeros condutores são geral-mente chamados de “metais sintéticos” por possuírem propriedades elétricas, magnéticas e ópticas de metais elétrons na banda de condução. Isso forma bandas semipreenchidas, como no caso dos metais. No entanto, esse modelo não explica o fato de que a condutividade está associada a portadores de carga de spin zero e não a elétrons deslocalizados.

Da mesma forma que em qualquer sólido, em um polímero o processo de ionização resulta na criação de uma lacuna no topo da banda de valência. Neste caso, três observações podem ser feitas:

1. Pela definição exata do processo nenhuma relaxação geométrica (distorção do retículo) ocorre na cadeia polimérica.

2. A carga positiva gerada permanece deslocalizada sobre toda a cadeia polimérica.

3.A presença da lacuna (nível desocupado) no topo da banda de valência confere um caráter metálico ao processo.

Contudo, em sólidos unidimensionais dos quais os polímeros condutores fazem parte, pode ser energeticamente favorável localizar a carga que aparece sobre a cadeia (criando um defeito). Eles são formados por cadeias contendo duplas ligações C=C conjugadas. Esta conjugação permite que seja criado um fluxo de elétrons em condições específicas. Os elétrons π da dupla ligação podem ser facilmente removidos ou adicionados para formar um íon, neste caso polimérico. A oxidação/redução da cadeia polimérica é efetuada por agentes de transferência de carga (aceptores/doadores de elétrons), convertendo o polímero de isolante em condutor ou semicondutor. Esses agentes são chamados de “dopantes” em analogia com a dopagem dos semicondutores, porém são adicionados em quantidades muito superiores, pois a massa do dopante pode chegar a até 50% da massa total do composto.

3 SÍNTESE OU MÉTODO DE FABRICAÇÃO

Os polímeros condutores podem ser sintetizados por três métodos de polimerização: química (vide quadro na página seguinte), eletroquímica e fotoeletroquímica. Dentre estes métodos todos, a síntese química é a mais utilizada e 15 industrialmente e é mais vantajosa por possibilitar uma produção de grandes quantidades de material. Algumas rotas de síntese são muito simples e podem ser adaptadas para escala piloto ou industrial (poli(p-fenil vinileno), polipirrol e polianilina). Outras requerem ambientes isentos de umidade (polifenilenos e politiofenos).

4 APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS CONDUTORES

Os polímeros condutores podem ser utilizados em muitas aplicações como mostrado na Tabela. No entanto, eles só vão conseguir entrar no mercado quando oferecerem “algo mais” que os compostos já existentes.

Aplicação Fenômeno Uso