Çevremizde Kullandığımız Polimerler Nelerdir? Çevremizde Kullandığımız Polimerler

Çevremizde Kullandığımız Polimerler Nelerdir? Çevremizde Kullandığımız Polimerler
Çevremizde Kullandığımız Polimerler Nelerdir? Çevremizde Kullandığımız Polimerler
İletken Organik Polimerler



Tabiattaki canlılardan elde edilen çeşitli malzemeleri, eşya üretiminde kullanmaktayız Yaratıcı'nın sonsuz ilim ve kudretiyle canlıların sentezlediği bu maddelerin bazısını (pamuk, ipek ve yün gibi); insanoğlu, binlerce senedir kullanıyor Kauçuk gibi maddeler ise, nisbeten yeni sayılabilir Deri, kemik, ağaç ve selüloz lifleri en çok kullanılan organik malzemeler olmuştur Allah'ın kudreti sınırsızdır fakat tabiatın zenginliği sınırsız değildir Dolayısıyla ekolojik dengeyi her gün kendi ellerimizle bozuyor ve yeryüzünü şuursuz bir şekilde ölüme götürüyoruz Bugün atık bitki ve hayvanlardan tabiî yolla elde edilen malzemeler, insan sağlığı için çok uygun olsa bile; giderek azaldığı ve dolayısıyla da pahalı hâle geldiği için, bunların herkes tarafından kullanılması zorlaşıyor
Bilim adamları, daha ucuz malzeme üretmek için devamlı çalışıyorlar Nitekim çok uzun bir geçmişi olmayan naylon, lâstik, plâstik ve polivinilklorür (PVC) bugün çok yaygın maddeler haline gelmiştir Çevremizde gördüğümüz, günlük hayatta kullandığımız pek çok şey; plâstikten, yani polimerlerden yapılmıştır Polimerler (poly= çok, meros=parça, ünite); birbirine benzer küçük molekül birimlerinin zincir şeklinde birbirine eklenerek meydana getirdiği dev moleküllerdir Çok sık kullandığımız naylon poşetlerden, araba lâstiklerine; çocuk oyuncaklarından, kışın giydiğimiz botların tabanlarının yapımına kadar, pek çok sahada kullanılmaktadır

Polimerlerin, tabiatta meydana getirdiği en büyük problem; organik maddeler gibi çürüyüp parçalanmamaları ve yüzyıllarca dünyamızı kirletecek olmaladır Onun için çöplüklerden toplanıp ısı ile veya kimyevî usûllerle tekrar tekrar kullanıma sokulmaları gerekir

Polimerlerin, bakteri vs gibi faktörlerle parçalanmamak gibi handikaplarına mukabil, bir de iyi özellikleri vardır: Elektriğe karşı yalıtkandırlar (bilindiği gibi elektriği ileten maddelere iletken, iletmeyenlere ise yalıtkan denir) Hattâ elektrik tellerini kısa devrelerden korumak için, polimerler kullanılarak kablolar kaplanır Polimer kullanımının sebebi, yalıtkan olmalarının yanısıra, esneme özelliğine de sahip olmalarıdır Ancak Alan J Heeger, Alan G MacDiarmid ve Hideki Shirakawa adlı bilimadamları yaptıkları buluşla bir polimerin (poliasetilen) hemen hemen bir metal kadar iletken hâle getirilebileceğini keşfettiler (Şekil 1) Bu keşiflerinden ve daha sonra bu konuda yaptıkları çalışmalardan dolayı 2000 yılı Kimya Nobel Mükâfatı'nı kazandılar

1977 yılında Shirakawa, MacDiarmid ve Heeger; poliasetilen filmlerinin; klor, brom ve iyot buharlarıyla reaksiyonu sonucu, bu filmlerin ilk hallerinden 109 kat daha fazla iletken olabildiklerini tevafuklu bir keşifle gördüler Bu metotla dop edilmiş1 poliasetilenin iletkenliğini 105 S/m2'ye kadar çıkardılar Karşılaştırırsak, iyi bir yalıtkan olan teflonun iletkenliği 10-16 S/m, metallerden gümüş ve bakırın iletkenliği ise, 108 S/m civarındadır

Pekâlâ bütün polimerler iletken yapılabilir mi? Polimerlerde iletkenlik nasıl gerçekleşiyor? Aynı atomlar nasıl bir değişiklik geçirerek maddeye farklı hususiyetler kazandırıyor? Nasıl oluyor da, yalıtkan olarak kullanılan polimerler, neredeyse bir metal kadar iletken olabiliyor? Bütün bu soruları aşağıda cevaplamaya çalışacağız

İletken polimerleri, diğer polimerlerden ayıran temel özellik, sırayla değişen tek ve çift bağlardan oluşan bir zincir yapısına sahip olmalarıdır Bu şekilde sırayla değişen bağ yapısına; "konjügasyon" denir Dolayısıyla sadece konjüge olmuş polimerler elektriği iletebilir Poliasetilen, bunun en güzel örneğini teşkil ediyor

Polimerlerde elektrik yüklerinin nasıl iletildiği, hâlâ tam olarak anlaşılamamıştır Ancak Şekil 2'de gösterilen, mekânizma ve daha başka kompleks mekânizmaların iletkenlikte başrolü oynadığı tahmin edilmektedir Şekil 2'de gösterilen gri renkteki şekiller dopant (dop etmek için kullanılan madde) olarak kullanılan I-3 iyonlarını temsil etmektedir I- 3 iyonu, poliasetilenden elektron kopararak (Şekil 2a) artı bir yük ve radikal3 bir karbon atomu oluşturur Daha sonra, radikalin yanındaki çift bağların radikale doğru açılmasıyla radikal zincirin sol tarafından, sağ tarafına doğru hareket eder Çift bağların sola doğru açılmasıyla, zincir üzerinde iki adet artı yük kalır Eğer dopant miktarını artırırsak (Şekil 2b), artı yükün diğer dopantların elektrostatik çekimleri sayesinde bir taraftan diğer bir tarafa kolayca iletildiğini görürüz Böylece, elektrik yükleri zincir üzerinde taşınmış olur I-3 iyonlarının konsantrasyonu arttıkça iletkenlik artar Bundan dolayı polimerin iletkenliğinin artırılmasında, dop etme miktarı çok önemli bir rol oynar

Polimerde, iletkenliğin sağlanabilmesi için; yük taşıyıcılarının hem konsantrasyonları, hem de hareket etme kabiliyetleri yüksek olmalıdır Bunu sağlayabilmek için; yukarıda bahsettiğimiz gibi dopantlar kullanılmaktadır Eğer, dopant kullanılmazsa, sadece termal uyarılmayla, yeni yük taşıyıcıları oluşmaktadır Ancak bu sefer de, bu yük taşıyıcılarının konsantrasyonu çok düşük olmaktadır ve bu tür polimerlerin iletkenliği yalıtkanlardakine yakın olmaktadır Bundan dolayı konjüge polimerlerin iletkenliği 10-10 S/m'den, 107 S/m'ye kadar geniş bir aralıkta değişebilmektedir (Şekil 3)

İletken Polimerlerin Uygulama Alanları
Poliasetilenin metalik iletkenlik özelliği göstermesine rağmen, hava ile temas ettiğinde, çabucak oksitlenmesi ve kararlı olmaması, kullanımını engellemiştir Bundan dolayı araştırmalar, atmosfer şartlarında bozulup değişmeyen, oksitlenmeyen, işlenebilir yeni iletken polimerler üzerine kaymıştır Şu anda birkaç iletken polimer endüstriyel anlamda uygulama alanına sahiptir Ancak ileride iletken polimerlerin daha birçok teknolojik gelişmede hayatımıza kolaylık sağlayacağı kesin gibi görünüyor Günümüzde kullanılan iletken polimerlerden bazılarının uygulama alanları Tablo 1'de verilmiştir

Tablo 1'de gösterilenlerden başka, poli(tiyofen) türevleri alan-tesirli transistör yapımında kullanılabilecek umut vaadeden iletken polimerlerdendir Poli(pirol) "stealth" adlı radara görünmeyen uçakların, dış yüzeylerinin kaplamasında kullanılmak üzere test edilmiştir İleride mümkün görülen, başlıca uygulama alanlarından bazıları ise; süperkapasitör ve elektrolitik tipi kapasitör yapımıdır Ayrıca bazı iletken polimerlerin elektrokromik özellikleri, bu polimerlerin; yazın, güneş ışığı altında kararan "akıllı pencereler"de kullanımına imkân sağlamaktadır

1977 yılında dop edilmiş poliasetilenin metallerdekine yakın bir iletkenlik gösterdiği tespit edildikten sonra, iletken polimer bilimi, birçok dalda hızla gelişmeye başlamıştır Son olarak, yüksek saflıkta polimerler sentezlendikçe, yarı iletken polimerler elektronik devrelerin yapımında kullanılmaya başlandı Bu elektronik devrelerin arasında; transistörler, FET'ler, fotodiyotlar ve LED'ler bulunmaktadır Özellikle polimerik LED'ler, düşük maliyet ve hızlı üretimlerinden dolayı endüstriyel mânâda çok cazip karakteristik özellikler göstermektedir Askerî sahada ve uzay teknolojisinde kullanılan araçların hafif olması çok önemlidir Eğer elektronik devreler ve bataryalar polimerlerden yapılabilirse, kullanılan bu araçların ağırlığı yaklaşık % 90 nispetinde azalacaktır Belki de ileride motor blokları alüminyumdan, birçok aksamı sert plâstikten ve elektrik devreleri iletken polimerlerden yapılan otomobilimizi, sırtımıza alıp, kolayca bir kenara yerleştirebileceğiz

Silikon Fiziğinden, Moleküler Elektronik Dünyasına
Katı-hâl fiziği, geleneksel olarak silikon fiziği üzerine kurulmuştur Ancak kimya, iletken polimerler sayesinde, yepyeni ve kompleks yapıların sentezlenebileceği mikroskopik çeşitlilikler sunmaktadır Günümüzün elektronik teknolojisi, moleküler boyutlara oranla, büyük ve tek parçadan oluşan kristaller üzerine kurulmuştur Bu kristaller birleştirilerek dop edildikten sonra, diyot ve transistör vs yapımı için büyük elektrotlara bağlanır Bununla birlikte manipülasyon tekniklerinde sağlanan ilerlemelerle, boyutları 200 nm'ye4 varan çok küçük ebatta elektronik devreler yapılabiliyor Ama yine de bu büyüklükteki devreler, moleküler boyutlardan yaklaşık bin kat daha büyüktür Bilim dünyasının şu anki hayali, elektronik devrelerin özelliklerini tek bir molekülün içine koymaktır Eğer bu gerçekleştirilebilirse, büyük bir ihtimalle bu moleküller iletken polimer telleri ile birbirine bağlanacak ve bu devrelerin boyutlarını 200 nm'den 0,2 nm'ye indirmek mümkün olabilecektir Boyutlardaki bu düşüş bilgisayarların hızını ve hafızasını 108 kat artırabilir Böyle bir gelişme, günümüze kadar devam eden, kırk yıllık bilgisayar teknolojisindeki gelişmeye eşit olacaktır Haliyle iletken polimerler, moleküler elektronik dünyasında, çok önemli bir role sahip olabilir

İletken polimerler konusunda, Amerika ve daha birçok ülkede bilimadamları; hem deney, hem de teorik çalışmalarını sürdürmekteler İletken polimerler, endüstriyel açıdan, henüz çok önemli uygulama alanları bulamamış olmalarına rağmen, akademik çevrelerde bu konu üzerinde çalışan bilim adamlarının sayısı, sentetik fiberler ve plâstik konuları üzerine çalışanlardan daha fazladır Hattâ bu konuda her yıl binlerce makale yayımlanmaktadır Geleceğin dünyasında iletken polimerler, belki de çok önemli bir konuma sahip olacaktır

Maddeyi oluşturan atomlar arasında, birçok kompleks münasebet mevcuttur Allah (cc) maddenin içindeki bu etkileşimlere sebebiyet veren birçok kanun vazetmiştir Bu kanunlarla maddenin elektrik, optik, manyetik vs özellikleri ortaya çıkarılmıştır Bilim ilerleyip, atomlar ve moleküller arasındaki karşılıklı münasebetler ve bunların birbirlerine olan tesirleri anlaşıldıkça, hem Allah'ın zerreler âlemindeki akıl almaz icraatı biraz daha aydınlanacak, hem de üretilen yeni materyaller teknolojik gelişmeye katkıda bulunacaktır Bundan yirmi beş sene önce, hiç kimsenin aklına yalıtkan olarak kullanılan polimerlerden, elektriği ileten materyallerin yapılabileceği gelmezdi Ama şimdi bu tür polimerler; günlük hayatımızda yavaş yavaş yerlerini alıyor Yüce Yaratıcı'nın atomlar arasına koyduğu kimyayı öğrendikçe insanoğlu daha birçok yeni materyali sentezleme imkânı bulacaktır

BAZI POLİMER ve DOĞAL ÜRÜNLERİN KISALTMALARI
•PL polyester (polyester)
•PA poliamit (naylon)
•PE polietilen
•SE silk (ipek)
•WO wool (yün)
•WM moher
•WP keçi yünü
•WS kaşmir
•Lİ linen (keten)
•LY likra