LABORATORIO DE ELECTROQUIMICA Y MATERIALES POLIMERICOS
Inicio Personal Lineas de Investigación Publicaciones Equipos Disponibles Colaboraciones Links de Interés

Polímeros Conductores Intrínsecos

Hace tan solo unos treinta años los polímeros se clasificaban como materiales aislantes, no conductores. Sin embargo, a partir de las investigaciones llevadas a cabo por Shirakawa, Heeger y Mac Diarmid desde 1977 los polímeros también pueden ser sintetizados en su forma conductora. Estos científicos ganaron el premio Nóbel de Química en el año 2000 por ser los primeros en descubrir las propiedades altamente conductoras del poliacetileno. Los polímeros conductores intrínsecos son materiales cuyas moléculas son capaces de conducir la electricidad. En ellos, la conductividad es una propiedad intrínseca del material. Los polímeros conductores pueden ser moléculas con grupos redox, o los más comunes, moléculas que presentan una distribución de dobles enlaces C = C alternados a lo largo de la cadena: poliacetileno, polipirrol, politiofeno, polianilina,...

Los primeros polímeros conductores intrínsecos no eran procesables ni estables pero gracias al descubrimiento de su conductividad las investigaciones en este campo se han incrementado notablemente en los últimos años. Por lo que hoy en día los PC son procesables como polvos, dispersiones, películas ó fibras en una gran variedad de disolventes.

Tal y como ocurre con los semiconductores, los polímeros pueden ser dopados mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertos átomos que modifican sus propiedades físicas. Al dopar el poliacetileno con vapor de yodo Shirakawa y sus colaboradores lograron aumentar la conductividad del poliacetileno en mil millones de veces por vez primera. Desde entonces se ha podido emplear el dopaje en diversos polímeros, como las polianilinas, el polipirrol, el politiofeno, etc., logrando nuevamente un aumento considerable de la conductividad.

 

Además de la variación en la conductividad, el cambio de estado del PC debido al dopado puede tener varios efectos. Por ejemplo, cambios en propiedades como: el color del polímero, el volumen y la porosidad. Estas propiedades están relacionadas con el estado de oxidación del polímero, y este está bajo control electroquímico: el polímero neutro, el polímero totalmente oxidado, o cualquier estado intermedio, puede alcanzarse aplicando el potencial eléctrico adecuado.

or sus importantes y novedosas propiedades, combinación de polímero y metal, los polímeros conductores intrínsecos han estado en el centro del interés científico de grupos de investigación multidisciplinarios durante la última década. Variados centros de investigación académicos e industriales se encuentran hoy en día estudiando este tipo de materiales debido a su prometedor futuro tecnológico.

 

 
Síntesis de Polímeros Conductores

Los polímeros conductores intrínsecos pueden ser sintetizados principalmente por vía química o electroquímica. Por la primera, una solución del monómero es oxidada con una molécula cuyo potencial corresponde al potencial de oxidación del monómero, formando un precipitado de polímero conductor. Por el método electroquímico se genera una película de polímero conductor sobre un substrato metálico en una celda electroquímica que contiene el monómero, el solvente y la molécula dopante; la polimerización ocurre por oxidación a través de una corriente eléctrica. La vía electroquímica permite controlar rigurosamente los parámetros de síntesis (corriente eléctrica, concentraciones, electrodos, temperatura, etc.) por lo que es posible obtener polímeros con propiedades altamente reproducibles, además de la ventaja de obtener un material en forma de película de espesor controlable.

 

Caracterización

La caracterización de un polímero conductor suele estar restringida a técnicas superficiales, siendo especialmente usados los métodos electroquímicos, ópticos y espectroscópicos. Las técnicas electroquímicas, y entre ellas la ciclovoltametria, son particularmente útiles para la caracterización. A partir de ella es posible obtener información cualitativa y cuantitativa del material, siendo habitualmente utilizada para realizar estudios preliminares de nuevos sistemas. La ciclovoltametria muestra los potenciales a los cuales los procesos de oxidación y reducción ocurren, el rango de potencial en el cual el solvente es estable y el grado de reversibilidad y eficiencia de la reacción. La ciclovoltametria también suele ser utilizada para estudiar la influencia de la naturaleza del ión dopante, la capacidad del material para almacenar carga, y la respuesta a un potencial aplicado.

Dada la naturaleza conductora de estos materiales, la conductividad superficial es también uno de los parámetros habituales de caracterización; siendo el método de las cuatro puntas el más utilizado. Análisis térmico y ensayos mecánicos son importantes a la hora de caracterizar materiales compuestos como: termoplástico-polímero conductor o elastómero-polímero conductor.

Algunas técnicas más avanzadas, como la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) da evidencias del tipo de enlace que se forma durante la polimerización y también muestra resultados sobre el tipo de dopado. Aunque menos utilizada, la X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) también provee información importante de un nuevo polímero conductor, como la naturaleza de la especie dopante, grado de dopado, y los sitios de polimerización. La estructura y morfología del polímero se ven grandemente afectadas por el método de síntesis, para dar información al respecto el microscopio electrónico de barrido (SEM) es una herramienta básica. El SEM también muestra la influencia del dopado/desdopado en la morfología del material, sobre la naturaleza fibrilar o no del polímero, cristalinidad, etc.

Cuando se trata de evaluar la capacidad de proteger contra la corrosión de los polímeros conductores, las técnicas de monitoreo electroquímico por corriente directa (DC) y corriente alterna (AC) son herramientas fundamentales. Entre las primeras, las curvas Tafel, los métodos potenciodinámicos, la polarización cíclica y la técnica de corrosión galvánica nos dan información sobre el mecanismo y las velocidades de corrosión, entre otros. Por otro lado, la espectroscopía de impedancia electroquímica (técnica AC) es especialmente útil para entender la cinética de un sistema de corrosión electroquímico.


Atras