Полимеры с сопряженными связями из-за своей π-электронной системы давно претендуют на роль активных элементов оптоэлектронных устройств и сенсоров. Так, полидиацетилен при различных воздействиях изменяет окраску с голубой на красную…

Полимеры с сопряженными связями из-за своей π-электронной системы давно претендуют на роль активных элементов оптоэлектронных устройств и сенсоров. Так, полидиацетилен (ПДА) при различных воздействиях (изменение температуры, pH, химические или механические напряжения) изменяет окраску с голубой на красную. Это связано с тем, что увеличение подвижности боковых цепей ПДА при этих воздействиях приводит к возникновению более разупорядоченной полимерной структуры с меньшими по размеру фрагментами с сопряженными связями. Было сделано много попыток расширить круг возможных воздействий, приводящих к изменению окраски, но до сих пор не было найдено способа изменить цвет ПДА под действием электрического тока, хотя это открыло бы новые возможности неразрушающего мониторинга в различных областях – от авиастроения до микроэлектроники.

Рис. 1. СЭМ-изображение полученного композита

Рис. 2. Температурная зависимость проводимости УНТ/ПДА

Рис. 3. Изменение цвета композитного волокна при протекании тока

Создание нанокомпозитов является одним из возможных решений этой проблемы. При протекании через нанокомпозит электрического тока может возникнуть электрическое поле, достаточное для механического изменения структуры ПДА, что приведет к макроскопическому изменению цвета, видимому невооруженным глазом. Один из лучших кандидатов для создания таких композитов — углеродные нанотрубки (УНТ), которые обладают очень высокой проводимостью — до 104 См/см при комнатной температуре.

Для исследования этой возможности методом CVD были получены "нанотрубчатые волокна" диаметром 4–20 мкм; сами же нанотрубки, по данным ПЭМ, являются многослойными с диаметром~10 нм. Композиты УНТ/ПДА были получены непосредственным нанесением на УНТ прекурсоров ПДА, например, CH3(CH2)11CC–CC(CH2)8COOH, с их последующей фотохимической полимеризацией УФ излучением. СЭМ демонстрирует хорошее упорядочение композитного материала. Свежесинтезированный композит УНТ/ПДА голубого цвета, что хорошо видно визуально. Проводимость композита составляет 102–103См/см, а температурная зависимость проводимости соответствует полупроводниковому поведению. УНТ/ПДА, скорее всего, обладает прыжковым механизмом проводимости.

При протекании тока такой композит быстро меняет цвет с голубого на красный. Минимальный ток, при котором наблюдается изменение цвета композитных волокон диаметром 11 мкм, составляет 10 мА при комнатной температуре. Кроме того, при не очень больших токах такое изменение цвета обратимо. Скорость переключения составляет 2 сек.

Возможный механизм такого изменения цвета вряд ли связан с нагреванием композита при протекании тока, поскольку, во-первых, такого нагревания не было зарегистрировано, а во-вторых, термохромизм, возникающий только при 56º, необратим, тогда как наблюдаемое изменение цвета в определенном интервале силы тока происходит обратимо. Скорее всего, это связано с взаимодействием между нанотрубками при протекании тока, приводящим к возникновению электрического поля, вызывающего поляризацию COOH-групп боковых цепей ПДА. Эта поляризация снижает делокализацию π-электронов, что и приводит к изменению цвета.

По материалам www.nanometer.ru