Cosa sono i polimeri e perché sono  uno tra i più interessanti settori della chimica ?

    I polimeri sono molecole composte da un elevato numero di unità (dette monomeri) che si ripetono più o meno regolarmente.

    L'alto peso molecolare che i polimeri raggiungono conferisce loro proprietà meccaniche e tecniche nettamente superiori a quelle dei materiali non polimerici; inoltre in alcuni casi particolari, grazie ad elevata stereoregolarità che si traduce in altissima cristallinità, i polimeri arrivano a rivaleggiare per alcune applicazioni con i materiali metalllici (basti pensare al Kevlar, la cui resistenza alla trazione è superiore a quella dell'acciaio).

    Esistono polimeri sintetici (come il polietilene, i poliesteri, ecc.) o naturali (come gli amidi, il DNA, ecc.); polimeri conduttori (usati nella fabbricazione dei microchips); polimeri rigidissimi o superflessibili, utilizzati nell'industri aerospaziale e in quella automobilistica, tra le altre; polimeri elastici; polimeri resistenti alla fiamma, al calore, agli agenti chimici; l'argomento è vastissimo e anche solo una breve introduzione richiederebbe molto spazio.

   Cosa sono i polimeri conduttori?

I polimeri conduttori sono stati scoperti agli inizi degli anni settanta (esattamente nel 1971, da Shirakawa).

Il capostipite di questi materiali è il trans-poliacetilene e la sua capacità conduttiva deriva dalla struttura altamente coniugata della sua catena principale, composta da un alternarsi di legami semplici e doppi.

Il poliacetilene nella sua forma normale però non conduce (è un isolante, con alcune caratteristiche di semiconduttore): perché ciò sia possibile occorre "drogarlo", cioè addizionare al polimero delle sostanze che creino le premesse per il trasporto di carica lungo la catena principale.   A seguito di questo drogaggio il poliacetilene e gli altri polimeri conduttori arrivano a

valori di conducibilità paragonabili a quelli dei metalli.

Qualche numero per chiarirsi le idee:

- Rame e Argento, tipicamente conduttori, hanno una conducibilità di ca. 10^5 Siemens/cm;

- p(fenilene-vinilene) drogato e orientato: 10^4 S/cm (paragonabile ai metalli);

- trans-poliacetilene drogato: 10^3,5 S/cm (la conducubilità varia con la % di drogaggio);

- Zn, Ge, Si: 1 S/cm (semiconduttori; la conducibilità varia con la % di drogante);

- trans-poliacetilene :  10^-5  S/cm (quasi un semiconduttore);

- diamante, SiO2 : 10^-12  S/cm (altamente isolanti)

Le principali applicazioni di questa classe di materiali

I droganti possono essere elettron-accettori (droganti positivi) o elettron-donatori (droganti negativi) e in pratica creano nella macromolecola coniugata una carenza o un eccesso di cariche negative, che vengono trasportate lungo la catena con un meccanismo polaronico.

La prima applicazione di massa dei polimeri conduttori è nella preparazione di batterie ricaricabili (anche per i telefonini): i polimeri conduttori (polipirrolo, polianiline) sono usati come elettrodi, in quanto affiancano all'ottima conducibilità facilità di sagomazione, resitenza meccanica ed elevata ciclabilità (ovvero risposta uniforme nei cicli di carica/scarica): queste pile sono già state realizzate da Seiko e Basf.

Anche il settore della preparazione di circuiti elettronici lascia intravedere grandi possibilità per il futuro (i polimeri conduttori possono avere resistenza inferiore a quella dei metalli, quindi scaldare meno, e soprattutto sono più facilmente sagomabili e filmabili, per cui è facile prevedere una spinta verso l'ulteriore miniaturizzazione dei dispositivi elettronici).

Un'altra applicazione interessante è la realizzazione di films trasparenti ma conduttivi, che permette la costruzione di gioiellini hi-tech come gli altoparlanti

trasparenti per lo stereo (immaginate le finestre di casa vostra da cui arriva la musica degli Iron Maiden !).

La variazione del massimo di assorbimento di luce visibile (in poche parole il colore) del polimero in dipendenza da una tensione a cui lo stesso è sottoposto si chiama elettrocromismo ed è collegata alle proprietà elettriche della macromolecola; questo fenomeno è alla base dei già diffusi monitor al plasma e delle cosiddette smart windows, finestre che si oscurano automaticamente secondo i desideri dell'utente.

I polimeri conduttori, accoppiati a semiconduttori tradizionali (inorganici) o polimerici sono utili alla realizzazione di celle fotovoltaiche, di dispositivi elettronici (LEDs, diodi, transistors, ecc.) o optoelettronici; sono poi in fase di studio innumerevoli applicazioni biotecnologiche e industriali (biosensori, catalizzatori, tessuti conduttori, sensori di gas, ecc.), così come applicazioni biomediche quasi da fantascienza (tipo far ricrescere i nervi danneggiati mediante applicazioni di polimeri conduttori in cui si fa passare una debole corrente...), che nel volgere di pochi anni cambieranno radicalmente il nostro modo di vivere.

Non ci credete?

Allora provate a pensare di avere, domani, un computer potente come un Pentium III che sta in un orologio da polso...