I polimeri hanno acquisito importanza in applicazioni come l’elettronica portatile grazie alla loro flessibilità e leggerezza, ma la loro bassa conduttività elettrica rappresenta uno dei principali inconvenienti. Sebbene siano stati compiuti molti sforzi di ricerca per migliorare la conduttività, esistono ancora limitazioni tecniche, come la necessità di utilizzare solventi dannosi e il degrado delle prestazioni in ambienti estremi.
Il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato di aver sviluppato un metodo per sintetizzare polimeri basati su conduttori misti ioni-elettroni attraverso una ricerca collaborativa con il Dr. Jang Ji-soo del Centro per la ricerca sui materiali elettronici del KIST e il professor Mingjiang Zhong del Università di Yale, Stati Uniti. Questa ricerca supera i limiti dei conduttori polimerici esistenti e sta attirando l’attenzione come una tecnologia innovativa che può contribuire allo sviluppo della prossima generazione di sensori chimici ad alte prestazioni.
Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno introdotto gruppi ionici pendenti nella struttura del polimero per sintetizzare polimeri coniugati che possono facilmente dissolversi in solventi rispettosi dell’ambiente anziché in solventi tossici. In particolare, i polimeri mostrano elevate prestazioni nel rilevamento del gas in processi rispettosi dell’ambiente e possono mantenere prestazioni stabili ad alte temperature e in ambienti umidi. Questo progresso tecnologico apre la strada ad applicazioni in dispositivi indossabili, dispositivi elettronici portatili e altri dispositivi elettronici che possono funzionare in modo affidabile in ambienti estremi.
Al centro di questa ricerca c'è lo sviluppo di un polimero coniugato basato sulla ionizzazione solubile in un solvente rispettoso dell'ambiente (2-metilanisolo). Mentre i polimeri conduttivi convenzionali richiedono tipicamente solventi tossici per dissolversi, il nuovo polimero migliora significativamente la conduttività elettrica legando specie ioniche e portatori di carica elettronica. Introducendo anioni (TFSI-) e cationi (IM+) nel polimero per aumentare la densità e la mobilità dei portatori di carica, il team ha massimizzato la conduttività e la stabilità.
Il polimero conduttivo di tipo n sviluppato dai ricercatori, N-PBTBDTT, ha mostrato una sensibilità molto elevata nel rilevamento di gas nocivi come il biossido di azoto (NO2). La sensibilità per il rilevamento di NO2 ha raggiunto il 189% e la capacità di rilevamento era elevata anche a una concentrazione molto bassa di 2 ppb. Questa prestazione supera quella delle tecnologie di rilevamento convenzionali e il polimero ha dimostrato anche di essere altamente resistente in ambienti con elevata umidità (80%) e alte temperature (fino a 200°C). Ciò consente un rilevamento stabile del gas in una varietà di ambienti estremi e si prevede che verrà ampiamente applicato a dispositivi indossabili e sensori industriali.
« I sensori sviluppati in questa ricerca vanno oltre i semplici sensori chimici e possono apportare cambiamenti rivoluzionari in varie applicazioni ha detto il dottor Jang Ji-soo del KIST.
« IOPuò servire soprattutto come materiale salvavita per le persone che lavorano in ambienti estremi, come i vigili del fuoco che devono rilevare gas nocivi sulle scene dell'incendio e i soldati che sono esposti ad armi chimiche in guerra. » hanno concluso Junwoo Lee e il dottor Juncheol Shin, primi autori dello studio.
Didascalia dell'illustrazione: Ji-Soo Jang, Mingjiang Zhong e colleghi presentano conduttori polimerici misti ionico-elettronici, costituiti da monomeri carichi con gruppi pendenti ionici simili a liquidi, che non solo mostrano solubilità in solventi rispettosi dell'ambiente, ma anche stabilità a lungo termine contro umidità, alte temperature e deformazioni meccaniche. Le specie ioniche immobilizzate promuovono interazioni altamente selettive di questi polimeri con il biossido di azoto, aprendo la strada allo sviluppo di dispositivi di rilevamento estensibili in grado di funzionare a temperature eccezionalmente elevate. Estratto dalla copertina Materiali funzionali avanzati – Credito: Korea Institute of Science and Technology
Articolo: “Unione covalente di liquidi ionici e polimeri coniugati: una strategia di progettazione molecolare per conduttori misti ionici-elettronici processabili con solvente verso sensori chimici ad alte prestazioni” – DOI: 10.1002/adfm.202408146
Fonte: KIST – Traduzione Enerzine.com
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