Polymerní nanomateriály 1

Kovalentní vazba Kovalentní vazba – sdílení e- páru σ – maximální překryv orbitalů leží na spojnici jader (např. molekula H2, typ H-H) π – maximální překryv orbitalů mimo spojnici jader – orbitaly p, d, f (F2, typ F-F) Rozdíl elektronegativit do 0,4 nepolární 0,4 – 1,67 polární 1,67 a více iontová http://cs.wikipedia.org/wiki/Kovalentní_vazba 2

Konjugovaná vazba Konjugovaná vazba – střídání jednoduchých a násobných vazeb Příklady konjugovaných polymerů http://en.wikipedia.org/wiki/File:ConductivePoly.png 3

delokalizace elektronů Konjugovaná vazba delokalizace elektronů E etylen allyl 1,3 butadien 1,3 pentadienyl hexatrien benzen http://courses.chem.psu.edu/chem210/mol-gallery/pi-systems/pisystems.html 4

Vodivé polymery některé aplikace OLED – Organic Light emitting diode (WOLED, PHOLED, FOLED, TOLED, AMOLED, PMOLED) http://www.oled-info.com/highly-flexible-oled-lighting-prototype-enable-thin-flexible-medical-sensors http://samsungmania.mobilmania.cz/clanky/ samsung-galaxy-round-displej-v-oblouku-preview/sc-3-a-1325007/default.aspx 5

Organické solární články (organic solar cells) http://www.cartridgesave.co.uk/news/7-ink-technologies-from-the-bleeding-edge/ http://www.nature.com/am/journal/2011/201102/full/am201151a.html + levná výrobní technologie + flexibiliní substráty - nízká účinnost oproti Si - potřeba dalšího vývoje http://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=22563 6

OFET MOSFET http://info.tuwien.ac.at/theochem/si-srtio3_interface/si-srtio3.html 7

Zač je toho uhlík uhlík obecně grafit diamant fullereny uhlíkatá vlákna 8

Uhlík C C C Dle povahy vazebných partnerů různé hybridizace elektronová konfigurace C http://en.citizendium.org/wiki/oxidative_stress Dle povahy vazebných partnerů různé hybridizace C C C http://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_hybridisation 9

Uhlíkaté materiály Pevné látky s vysokým obsahem uhlíku Shodná chemie, ale mnoho strukturních variant Hypotetická 2D struktura Krystalické Amorfní a) uspořádání na krátkou i dlouhou vzdálenost b) uspořádání pouze na krátkou vzdálenost Z.Weiss et al.– Nanostruktura uhlíkatých materiálů, ISBN 80-7329-083-9 10

Alotropické formy uhlíku Uhlíkaté materiály Alotropické formy uhlíku Krystalické formy uhlíku (alotropy) grafit diamant fulleren nanotrubičky (grafenové vrstvy) (tetraedry) Amorfní formy uhlíku -lesklý (skelný) uhlík -aktivní uhlík -saze http://www.teachers.yale.edu/curriculum/viewer/initiative_10.05.07_u 11

Uhlíkaté materiály Amorfní uhlík Krystalický uhlík (grafit) Částečně uspořádaný Neuspořádaný anizotropní izotropní R.E. Franklin: Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons Proc R Soc Lond A, 209 (1951), pp. 196–218 12

Uhlíkaté materiály Grafitizace amorfního (grafitizovatelného) uhlíku H.Marsh, R.Menedez: Mechanisms of formation of isotropic and anisotropic carbons. In: Introduction to Carbon Science (ed. H. Marsh). Butterworths & Co. (1989) London, p 38-73. 13

Grafit základní stavební jednotka grafenová vrstva klad grafenových vrstev A A C B B A A 2H hexagonální 3R romboedrická http://www.quirkyscience.com/graphene-isola tion-characterization-application-and-production/ http://mineralogie.sci.muni.cz/kap_7_2_prvky/obrazek72_32.htm Různé typy základních hexagonálních buněk grafenu A B C 14

Poruchy krystalických mříží Mechanické, elektrické, chemické vlastnosti ovlivněny strukturou: Poruchy - bodové - čarové - rovinné - prostorové Bodové poruchy http://www.geo.arizona.edu/geo3xx/geo306_mdbarton/classonly/306%20Web%20Materials/306_Lecture041122.htm 15

Poruchy krystalických mříží čarové poruchy Hranová dislokace http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Structure/linear_defects.htm Šroubová dislokace b - Burgersův vektor http://www.xray.cz/krystalografie/str09c.htm 16

Poruchy krystalických mříží čarové poruchy Šroubová dislokace Směr pohybu dislokací http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Structure/linear_defects.htm 17

Poruchy krystalických mříží Rovinné poruchy: Klad rovin, hranice zrn Prostorové poruchy: dutiny, uzavřeniny https://perswww.kuleuven.be/~u0015504/ http://www.atomsinmotion.com/educators 18

Grafit základní stavební jednotka grafenová vrstva klad grafenových vrstev A A C B B A A 2H hexagonální 3R romboedrická http://www.quirkyscience.com/graphene-isola tion-characterization-application-and-production/ http://mineralogie.sci.muni.cz/kap_7_2_prvky/obrazek72_32.htm Různé typy základních hexagonálních buněk grafenu Celkem 13 různých polytypů (popsány do r. 1996) A B C 19

Diamant Základní stavební jednotka - tetraedr Základní buňka diamantu 3C http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=155 2H hexagonální (lonsdaleit) 3C kubická Z.Weiss et al.– Nanostruktura uhlíkatých materiálů, ISBN 80-7329-083-9 Teoreticky celkem 7 různých polytypů, experimentálně potvrzeny 3 (popsány r. 1990) 20

Tenké diamantu podobné vrstvy Některé metody přípravy M.S. Hwang, Ch. Lee, Mater Sci Eng B 75(2000) 24-28 http://idol.union.edu/malekis/ESC24/KoskywebModules/sa_cvd.htm M.Sosnová, A.Kříž: Kluzné vrstvy a metody hodnocení adhezivně-kohezivního a tribologického chování, FRVŠ1230/2006 21