14.2 Slimme polymeren

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

14.2 Slimme polymeren

Hoe geleiden polymeren?

Eigenschappen van polymeren verklaren met micro- en mesoniveau

Structuur en eigenschappen van composieten

Lotus-effect

Het lotus-effect is het verschijnsel dat optreedt als water of vuil op het blad van een heilige lotus terechtkomt: het blijft niet plakken. Deze zelfreinigende eigenschap is te danken aan de vele kleine bultjes die zich op microschaal op het blad bevinden.

https:

Lotus-effect

Materiaalkundigen proberen dit zelfreinigende effect na te bootsen door het ontwikkelen van geavanceerde materialen. 

• vuilafstotende badkamertegels
• dunne deklagen/coatings op auto's
  
• ijsvrij maken van de romp en de vleugels van een vliegtuig
  

Smart Materials

Andere term voor Slimme Polymeren

Materialen die grote veranderingen in hun vorm (en eigenschappen) ondergaan door externe invloeden.

In de volgend filmpjes zie je daar voorbeelden van!

Zelfherstellend rubber

• Als je het rubber doorknipt en daarna tegen elkaar aan doet, herstelt het rubber weer
• Doorknippen: op microniveau worden bindingen verbroken
• Herstellen: nieuwe bindingen worden gevormd 

Zelfherstellend rubber

• Bijv. door een polymeer waarbij zijgroepen zijn met positieve ladingen en negatieve ladingen

Zelfherstellend rubber

• Kan dus door ionbindingen te vormen...
• ... maar kan ook door een netwerkpolymeer te vormen met vrije reactieve groepen (zuur- en aminogroepen), maar ook veel N-H en C=O voor vormen van H-bruggen 

Zelfherstellend rubber

• Stap 1: vorming van het rubber is reactie tussen bijv. dodecaan-1,12-diamine en propeenzuur
• 12 uur lang bij ± 50 ºC.

Zelfherstellend rubber

• Stap 2: Nu reageren de moleculen met elkaar waarbij amidebindingen ontstaan (reactie tussen het zuur en de aminogroep)
• Er zaten 4 N-H groepen, dus het kan doorreageren voor netwerkpolymeer

Zelfherstellend rubber

• Zwarte bolletjes: N
• Rode rondjes: vrije reactieve groepen
• Wordt 32 uur verhit tot 160 C: meer vrije reactieve groepen reageren en de stof wordt vast.

Zelfherstellend rubber

• Zwarte bolletjes: N
• Rode rondjes: vrije reactieve groepen
• De groepen die nog vrij zijn zorgen voor het herstellende vermogen

Oled TV's

• Oleds:  organische licht emitterende diodes.
• Lcd-schermen hebben achtergrondverlichting nodig
• Oled-schermen zenden zelf licht uit en kunnen dus veel dunner zijn (dikte van een muntstuk)

Oled TV's: lichtgevend polymeer

• Gebruik van polymeren die kunnen geleiden en polymeren die licht kunnen afgeven
• Je hebt een metaalelektrode met daaraan een lichtgevend polymeer. Dit polymeer neemt elektronen aan de onderkant op en er ontstaat een negatieve lading

Oled TV's: lichtgevend polymeer

• Aan de bovenkant staan ze elektronen af en ontstaan er 'gaten' met een positieve lading.
• Als de elektronen het positief geladen gat opvullen komt de opgenomen elektrische energie vrij in de vorm van licht die door de bovenste laag schijnt

Oled TV's

• Gebeurt 10¹⁵ keer per seconde per cm²
• Door de zijketens van de lichtgevende polymeren te veranderen, maak je oleds met verschillende kleuren

Oled TV's: geleidend polymeer

• Moleculaire stoffen geleiden meestal nauwelijks en polymeren zijn meestal moleculaire stoffen
• Er zijn geen vrije elektronen om te bewegen, want de elektronen zitten vast in covalente bindingen
• Toch kan het soms geleiden, zoals bij polyethyn

Oled TV's: geleidend polymeer

• De drievoudige binding van ethyn wordt omgezet in een dubbele binding en vormt een keten waarin dubbele en enkele bindingen elkaar afwisselen.
• Dat noem je een geconjugeerd systeem
• Elektronen kunnen opschuiven: geringe geleiding

Oled TV's: geleidend polymeer

• Bij toevoegen van beetje oxidator, zoals I2, verdwijnt er een elektron, waardoor er een positieve lading overblijft
• Dit geleidt beter, want de dubbele binding kan gemakkelijk omklappen

Glare (GLAss REinforced aluminium)

• Materiaal waarin meerdere stoffen elkaar afwisselen noem je een composiet.
• Laagjes aluminium van 0,3-0,4 mm, vastgelijmd aan matjes van glasvezels in epoxyhars.
• Matjes liggen om en om tussen de aluminiumlagen in

Glare (GLAss REinforced aluminium)

• Goed bestand tegen beschadiging
• Door de verschillende lagen wordt een scheurtje niet groter

En nu?

Paragraaf goed doorlezen!

Opdrachten: 12, 13, 15 en 16 a, b, c