آشنایی با پلیمرهای آلی- فلزی

پلیمرهای آلی عموماً از کمتر از ده عنصر (C ، H،N ،O، S، هالیدها) ساخته می‌شوند، اما در مورد پلیمرهای آلی فلزی بیش از 40 عنصر دیگر شرکت دارند. این پلیمرها فلزات گروه اصلی مانند سیلیسیم و ژرمنیم یا فلزات واسطه یا عناصر خاکی نادر را در بر می‌گیرند و از نظر ساختار و خواص و کاربرد بسیار متنوع هستند که در این مقاله چندین مثال ارائه می‌شود.

رنگ‌دهنده‌ها و رنگ‌های پلیمری

پلیمرهای تراکمی آلی فلزی به عنوان رنگ و رنگدانه مصرف دارند که از مشخصه‌های آن‌ها چکه‌کردن، شکفتن یا پوسته‌پوسته‌شدن است.

مجزاسازی مواضع در پلیمر برای انتقال آسان اکسیژن از یک غشا

کاربرد جالب دیگر پلیمرهای آلی فلزی بر اساس مفهوم جداسازی مواضع در پلیمرهایی است که به صورت غشا فرایند انتقال نیتروژن یا اکسیژن را آسان می‌کنند. سیکلوپنتادی‌انیل تری کربونیل منگنز در اثر تابش‌دهی با نور UV، مونوکسید کربن از دست می‌دهد. بدین‌ترتیب کمپلکسی ایجاد می‌شود که از نظر کوئوردیناسیون سیرنشده است و می‌تواند به‌طور برگشت‌پذیر به نیتروژن متصل شود. این ترکیب سیرنشده ناپایدار است و به‌سرعت در اثر واکنش با خود در محلول تجزیه می‌شود. اما  با ساخته‌شدن کوپلیمر اکتیل متاکریلات کمپلکس 1-وینیل-3-متیل منگنز و تابش دیدن آن، کمپلکس سیرنشده (از نظر کوئوردیناسیون) حاصل پایدار است، زیرا مواضع از هم جدا می‌شوند و نمی‌توانند واکنش دهند.

اتصال اکسیژن و انتقال آن از یک غشا

انتقال اکسیژن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. کمپلکس‌های پرفیرین کبالت به طور انتخابی در یک وجه ممانعت شده‌اند، در نتیجه بازهای ایمیدازول‌ها تنها از وجه باز متصل می‌شوند. این کمپلکس کوئوردینانس شده با ایمیدازول، یک موضع کوئوردینانسی خالی در بالا دارد. مولکول کوچک خطی اکسیژن می‌تواند از “نرده” عبور کند و به طور برگشت‌پذیر از طرف بالا با کبالت کوئوردینانس دهد. با پاشیدن این کمپلکس‌ها در فیلم‌ها غشاهایی را می‌توان ساخت که انتقال اکسیژن را آسان می‌سازد. گفتنی است این دستاورد ره‌یافتی به سوی ساختن خون مصنوعی است.

پلیمرهای کومه‌ای

این ترکیبات انبوهه‌هایی شامل زنجیرهای فلزی‌اند یا اینکه درآن‌ها اتم‌های فلز به طور یک در میان با اکسیژن وجود دارد. کمپلکس‌های کومه‌ای تتراسیانوپلاتینات از این نظر جالبند که در آن‌ها همپوشانی اوربیتال فلز-فلز پیوسته در طول محور کومه وجود دارد. در انبوهه شامل این واحدهای مسطح مربع Pt(CN)₄ آنیون در فضای بین انبوهه‌ها قرار دارد. گروه‌های سیانو نسبت به یون‌هایی که به اتم‌های Pt همسایه کوئوردینانس دارند، کج‌اند، این کمپلکس‌ها رسانای تک‌بعدی‌اند.

پلیمرهای کومه‌ای فتالوسیانین

پلیمرهای فتالوسیانین انبوهه‌ای است که دارای پل اکسیژن در بین اتم‌های فلزی است. آبگیری از کمپلکس‌های Si  وGe و قلع الگوهای انبوهه‌ای با پل اکسیژن تولید می‌کند که خواص مغناطیسی، نوری و الکتریکی این فلزات مولکولی تابع ظریفی از معماری کمپلکس و برهم‌کنش ساختاری الکترونی آنها است.

پلیمری که پرشدن نوار رسانش در آن قابل تنظیم است

پلیمر فتالوسیانین [Si(PC)O]_n که در آن PC فتالوسیانین است به‌طور طبیعی در ساختار ارتورومبیک متبلور می‌شود. گفتنی است برای رسانا شدن ساختار زنجیری خنثی، اکسید‌شدن آن ضروری است. این عمل به طریق شیمیایی انجام می‌پذیرد و تنظیم جزئی رسانایی یا اکسایش امکان پذیر است. حین اکسایش یون‌های مخالف باید در ساختاری تنگ‌ چین وارد شوند که موجب تغییر ساختار از ارتورمبیک به ساختار بسیار بازتر چهارگوشه‌ای می‌شود. در ساختار چهارگوشه‌ای یون‌های مخالف به‌آسانی در فضاهای خالی بین زنجیرها توزیع می‌شوند. حال اثر کاهش (دوپه‌زدایی) یا اکسایش (دوپه‌شدن) را می‌توان به طور مداوم با نسبت یون مخالف (BF₄^– ) به Si بین 0.5-0 تنظیم کرد. نکته جالب این است که با کاهش ساختار انبوهه‌ای کاتیون رادیکال چهارگوشه‌ای ساختار خنثی ایجاد می‌شود. اما، شکل هندسی چهارگوشه‌ای باز همچنان حفظ می‌شود.

فیلم‌های نازک با بی‌تقارنی شیمیایی

فیلم‌های نازک پلی‌آمیدهای پروفیرین فلز از راه پلیمر‌شدن بین سطحی مشتقات تتراکیس کلرید با مشتقات تتراکیس آمینو کمپلکس‌های پرفیرین فلز تهیه می‌شوند. فیلم‌ها ضخامتی برابرµ 0.01-10 دارند و بی‌تقارنی شیمیایی بی‌نظیری نشان می‌دهند. سطوح مخالف، غلظت‌های متفاوتی از گروه‌های عاملی دارند و وقتی بین الکترودهای نیم‌شفاف یکسان قرار می‌گیرند و با نور لیزر ضربه‌ای تابش می‌بینند، در فیلم‌ها نورپتانسیل جهت‌دار ایجاد می‌شود. جهت‌دار بودن پدیده نور شیمیایی نتیجه انتقال الکترون به سمت سطح اسیدی فیلم بی‌تقارن است.

شبکه‌های آلی-معدنی

شبکه‌های آلی- معدنی که از فرایند سل-ژل تهیه می‌شوند، موادی چند عاملی‌اند. این مواد محدوده وسیعی از خواص جالب را ارائه می‌دهند. با این فرایند امکان تنظیم درجه نفوذ اجزای آلی و معدنی درهم از محدوده میکرونی تا مقیاس نانو فراهم و روشی آسان برای سنتز نانوکامپوزیت‌های نوین حاصل می‌شود.

فرایندهای سل-ژل بر اساس واکنش‎‌های پلیمرشدن معدنی، راهی برای ساختن مواد پاشیده با رشد پلیمرهای آکسوفلزی در یک حلال است. پلیمرهای اکسوفلزات را می‌توان از راه هیدرولیز و تراکم پیش‌ماده‌های مولکولی مانند آلکوکسیدهای فلزی M(OR)₂ به‌دست آورد. از کاربردهای مهم هیبریدهای آلی-معدنی استفاده از آن‌ها به عنوان پوشش‌های محافظ فلزات در برابر خوردگی، هوازدگی و عوامل محیطی است.

پوشش‌های هیبرید سل-ژل/رزین اپوکسی نمونه‌ای از این کاربردهاست که استحکام مکانیکی عالی از جمله سختی و مقاومت در برابر سایش علاوه بر چسبندگی خوب به سطح فلزات را داراست.

به طور خلاصه می‌توان نتیجه‌گیری کرد که پلیمرهای معدنی با تنوع زیاد کاربردهای بالقوه فراوانی دارند. این کاربردها شامل زمینه‌های گسترده زیست‌شناختی، الکتریکی، تجزیه‌ای، کاتالیزوری، ساختمان و کاربردهای نوری است. استحکام پیوند در بسیاری از ترکیبات بیشتر از پلیمرهای آلی کربن پایه است که نتیجه آن محصولاتی با استحکام زیاد و پایداری گرمایی عالی است. تعداد و تنوع پلیمرهای آلی فلزی زیاد و کاربردهای آن‌ها متنوع است. شبکه‌های هیبرید آلی-معدنی زمینه جدیدی از علوم مواد را ارائه می‌دهد که امکان تهیه موادی نوظهور با دامنه متنوع از خواص را فراهم می‌سازد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان