Elektrit juhtivaid polümeere on viimaste aastakümnete jooksul intensiivselt uuritud kui uut liiki orgaanilist materjali, millel on metallidele ja pooljuhtidele omased elektrilised ja optilised omadused ühendatud tavapolümeeride selliste omadustega nagu suhteliselt lihtne süntees ning hea vormitavus ja töödeldavus.
Joonis 1. Elektrokeemiliselt sünteesitud õhukesed PPy kiled: vasakpoolsel pildil on must PPy kile paksusega ~1 mikromeetrit, sadestatud kuldplekist elektroodile ja parempoolsel pildil poolläbipaistev PPy kile paksusega ~ 50 nm, sadestatud vilk-Au-kile elektroodile.
Polüpürrooli (PPy) peetakse üheks elektrit juhtivate polümeeride klassikaliseks esindajaks, tänu tema vastupidavusele erinevates keskkondades ja võimalusele saada selle polümeeri kilesid erinevate meetoditega, näit. keemiline, fotokeemiline või elektrokeemiline protsess, mitmesugustest pürooli (Py) lahustest, k.a. vesilahused (joonis 1). PPy-d kasutatakse juba täna paljudes kõrgtehnoloogilistes rakendustes, näit. keemilistes ja biosensorites, päiksepatareides, akudes, superkondensaatorites, molekulaarsõeltes, korrosioonitõrje katetena jne. Samuti loetakse polüpürrooli lootustandvaks materjaliks kunstlihaste valmistamisel, vastavaid uuringuid teostatakse TÜ Tehnoloogiainsti-tuudis (vt. T. Tamm, R. Temmer, A. Maziz).
Tartu ülikooli Keemia ja Füüsika instituutide teadlaste Margus Marandi, Silvar Kallipi, Leonard Matiseni, Jüri Tamme ja Väino Sammelselja äsjailmunud artiklites [1,2] uuriti PPy kilede moodustumise erinevaid aspekte, sealhulgas ka pürrooli adsorbtsiooni monokristalsetel kuldelektroodidel erineva Py sisaldusega vesilahustest ning erinevate lisandite, e. dopantide ioonide mõju kile omadustele ning pinna struktuurile.
Joonis 2. Tüüpilised monokristalse kuldelektroodi aatomjõumikroskoobi pildid: (a,b) kile pinna pildid ja (c) pinnaprofiil pildil (b) olevas astangu kohast; kõrguste skaala nanomeetrites.
Uuringud viidi läbi erinevates keskkondades, nii vedelikus, vaakumis kui õhus, kasutades erinevate mikroskoopide, s.h. skaneerivate teravikmikroskoopide (ingl. k. scanning probe microscope, SPM) ja skaneeriva elektronmikroskoobi abi. Saadud tulemuste paremaks mõistmiseks kasutati ka elektronspektroskoopilisi ja elektrokeemilisi mõõtmisi.
Üliõhukeste kilede teravikmikroskoopilised uuringud nõuavad, et alused, millele kiled sadestatakse oleksid väga siledaid. Kui kiled sadestatakse elektrokeemiliselt peavad need alused olema ka elektrit juhtivaid ning neid nimetatakse elektroodideks. Sellisteks alusteks sobivad väga hästi vaakumaurustamise teel valmistatud kullakiled, mida osatakse valmistada Füüsika Instituudis (joonis 2).
Joonis 3. Kuldelektroodile elektrokeemiliselt sünteesitud üliõhukese (~0.4 nm) PPy kile skaneeriva tunnelmikroskoobi abil saadud pildid: (a) õhus ja (b) lahuses.
Need kiled koosnevad „suurtest“, läbimõõduga kuni mitu mikromeetrit, orientatsiooniga (111) monokristallilistest saarekestest, mille pinnal on suhteliselt laiad aatomsiledad alad, terrassid, mis on üksteisest eraldatud enamasti mõne aatomtasandi kõrguste astangutega. Sellistele alustele sadestatud polümeerkilesid saabki uurida väga täpselt ülalmärgitud meetoditega.
Uuringute käigus avastati uus väga lihtne meetod üliõhukeste PPy kilede valmistamiseks, mille elektrilist juhtivust on võimalik suuresti muuta ja mida on võimalik kasutada erinevates sensorites. Samuti ilmnes, et PPy kilede kasv algab Py aluskihil saarekestena, mille elektri-juhtivus õhus on madalam kui lahuses (joonis 3).
Refereeritavad tööd:
1. M. Marandi, S. Kallip, L. Matisen, J. Tamm, V. Sammelselg. Synthetic Metals 162 (2012) 162-170.
2. M. Marandi, S. Kallip, V. Sammelselg, J. Tamm. Electrochemistry Communications 12 (2010) 854–858.
Leave a Reply