2015. aastast ilmuvad Novaatori uudised Eesti rahvusringhäälingu veebilehe teadusrubriigis ERR Novaator (novaator.err.ee).

Novaator - Popid polümeerid pakuvad huvitavat tulevikku
08.02.2011 12:45

Popid polümeerid pakuvad huvitavat tulevikku

Eve Tisler
Skype:
eve.tisler@ut.ee
Loe kommentaare (0)
Samal teemal (0)
Tagasi
Edasi

Foto: Andres Tennus

Terje Raudsepp uuris oma doktoritöös elektrit juhtiva polümeeri polüpürrooli omadusi, millel on palju võimalikke kasutusalasid militaarsest kaitseriietusest kuni kunstlihasteni.

Elektrit juhtivad polümeerid on populaarsed uurimisobjektid, sest neid on lihtne valmistada ning nende tehnoloogilised rakendused on perspektiivikad. Tänu oma püsivale ning heale elektrijuhtivusele ning stabiilsusele on polüpürrool üks  lootustandvamaid. Näiteks saab polüpürrooli elektrijuhtivust muuta mitme suurusjärgu ulatuses, elektriisolaatorist kuni pooljuhini välja.

Seni on polüpürroolist valmistatud spetsiaalset kangast, millest tehakse militaarotstarbelisi rõivaid ja maskeerimiskatteid eesmärgiga hajutada radari- ja infrapunakiirgust. Sellises riietuses muutub inimene jälgimisseadmetele nähtamatuks ning samamoodi saab polüpürrooliga kaetud lennukeid varjata radarite eest.

Materjali võimalikud kasutusalad laienevad järjest. «Viimastel aastatel on avaldatud juba artikleid, kus polüpürrooli püütakse kasutada närvirakkude sidumiseks,» rääkis vastne doktor Terje  Raudsepp(pildil). On leitud, et elektrilisi impulsse, mida kannavad edasi närvirakud, on suutelised edasi kandma ka polüpürrooli ahelad.

Raudsepa sõnul on eriti ahvatlev võimalus valmistada polüpürroolist odavaid mehaanilistele deformatsioonidele vastupidavaid pooljuhtseadmeid. «Üheks huvipakkuvamaks rakenduseks oleks näiteks õhukeste painduvate mobiiltelefonide ekraanide valmistamine,» sõnas autor.

Juhtivaid polümeere saaks põhimõtteliselt kasutada akudes, sest nad on tühjaks- ja täislaetavad. Näiteks oleks võimalik sellest materjalist valmistada elektriautode kondensaatoreid.

Samuti võib polüpürrool kokku tõmbuda või paisuda, mis annab lootust neid kunagi kasutada kunstlihaste materjalina. «Võib-olla kunagi tulevikus luuakse kunstlihas, mida on võimalik elusorganismi siirdada, kuid niipea seda siiski ei juhtu.» Põhimõtteliselt on võimalik polüpürroolist valmistada seadmeid, mida saab meditsiinis kasutada dosaatoritena.

Raudsepa hinnangul võib meditsiin olla üks valdkond, mille jaoks hakatakse tulevikus kõige rohkem polüpürrooli rakendusi välja töötama. «Polüpürrool on materjal, mida tasub uurida ja millel on tulevikku,» sõnas ta.

Alusuuring tuleviku tarbeks

Raudsepa doktoritöö ei olnud aga rakenduslik, vaid alussuuring, mida saab aluseks võtta hilisemate rakenduste väljatöötamiseks. «Alusuuringud annavad arusaamise, miks ja kuidas protsessid toimuvad.» Raudsepa uuringu tulemused võivad avaldada olulist mõju paljude uurijate seniste tööde metoodikale ja tulemuste tõlgendamisele.

Raudsepp keskendus doktoritöös polüpürroolist kilede omaduste muutustele, mis leiavad aset erinevate elektrolüütide lahustes. «Uurisin, kuidas käituvad erinevad kiled sõltuvalt sünteesitingimustest ning milliste omadustega kiled tekivad,» selgitas autor. Eelkõige uuris Raudsepp kiledes redoksomadusi ehk redutseerimise võimet, ioonide liikuvust ja ioonivahetust  kiles.

Sünteesimeetod

Selleks, et polüpürrool elektrit paremini juhiks, on vajalik ahelas mõne vaba laengukandja tekitamine ehk mõne elektroni eemaldamine. Dopeerimine on protsess, mille käigus elektronid eemaldatakse ja sünteesilahuses olevad anioonid sisenevad polümeeri. Polümeeri sisenenud anioone tuntakse dopantide nime all. Dopantanioonid tasakaalustavad polüpürrooli ahelatele oksüdeerumise käigus  tekkinud positiivset laengut ning mõjutavad materjali struktuuri ja teisi omadusi.

Polüpürrooli saab sünteesida peale elektrokeemiliste meetodite ka keemiliste meetoditega. Elektrokeemiline sünteesimeetod on keemilisest parem, sest seda kasutades on võimalik tekkiva materjali omadusi suhteliselt lihtsalt kontrollida ja opereerida väga väikeste kogustega.

Raudsepp sünteesis eri paksusega kilesid elektrokeemiliselt konstantsel voolutihedusel ehk galvanostaatilisel meetodil. «Nii on kile paksus kontrollitav, sest on välja pakutud, et teatud sünteesilaengu hulgale vastab teatud kile paksus.» Kilede sünteesimisel kasutati kolme aniooni: benseensulfonaati, para-tolueensulfonaati, naftaleen-1,5-disulfonaati.

Sünteesijärgselt on polüpürrool oksüdeeritud ja elektrit juhtivas olekus, tema ahelal on positiivsed laengud. Pärast sünteesi on võimalik kilet redutseerida ja oksüdeerida ning sõltuvalt sellest muutuvad ka polümeeri omadused. Mis täpselt juhtub redutseerimise ja oksüdeerimise käigus, sõltub juba ioonide liikuvusest kiles.

«Uurimuse raames püüdsime me ära kasutada tekkinud polümeeri häid omadusi ehk head juhtivust, plastilisust ja stabiilsust ning siduda neid väikeste ioonide parema liikuvusega.» Selle eesmärgi saavutamiseks  vahetati sünteesi käigus kilesse sisenenud ioone teiste väiksemate ioonide vastu.

Tavaliselt uuritava materjali kirjeldamiseks ainult ühest meetodist ei piisa, mistõttu kasutati erinevad meetodeid materjali uurimiseks. Raudsepp kasutas polüpürrooli elektrokeemiliste omaduste uurimiseks tsüklilise voltamperomeetria meetodit.

Huvitavad tulemused

Eksperimentaalsed uuringud näitasid, et võrdlemisi sarnaste dopantioonidega sünteesitud kiledel on üsna erinevad elektrokeemilised omadused sõltuvalt lahuse koostisest ning paksusest. Mõõtmised näitasid, et aromaatsete dopantidega dopeeritud kilede redoksaktiivsust on võimalik oluliselt suurendada ümberdopeerimisega. Redoksaktiivuse all mõisteti antud töös redutseerumiseks ja oksüdeerumiseks kulunud laenguhulkasid.  Ümberdopeerimine on protsess, kus sünteesi käigus algselt kilesse sisenenud anioonid vahetatakse välja teist tüüpi anioonide vastu.

Suurim redoksaktiivsus saavutati kõikide kilede korral naatriumsulfaati sisaldavas lahuses. «Mõõtmisest saab järeldada seda, et kui me kasutame väiksemaid ioone ehk vahetame suuremad väiksemate vastu, siis kilede redoks-mahtuvus suurenes, enamikel juhtudel peaaegu kaks korda.»

Kahjuks ei realiseeru polümeeride korral kogu laeng ehk kogu polümeer ei ole elektrokeemiliselt aktiivne. Ümberdopeerimise tulemused näitasid aga seda, et on võimalik saavutada olukord, kus kogu polümeer on elektrokeemiliselt aktiivne, mistõttu on perspektiivis võimalik kasutada neid kilesid keemilistes vooluallikates. Mõõtmistulemused näitasid, et dopeerimisastmed nende kilede korral olid suhteliselt kõrged ning ületavad seni teadaolevaid tulemusi.

Kommentaar

Jüri  Tamm

emeriitprofessor, anorgaanilise keemia vanemteadur, doktoritöö juhendaja

Terje Raudsepp uuris oma doktoritöös kompleksselt polüpürrooli elektrokeemilisi omadusi ja tema töö on suure teadusliku väärtusega. Nagu rõhutas ka üks oponentidest, professor Mikhael Levi, on töös püstitatud konkreetsed eesmärgid ja need sihikindlate uuringutega ka lahendatud. Tuleb rõhutada autori väga häid eksperimenteerijavõimeid.

Ma olen veendunud, et maailmas ei ole just palju uurimiskeskusi, kus juhtivate polümeeride uuringud on tehtud nii suure reprodutseeritavusega. Saadud tulemused võivad avaldada olulist mõju paljude uurijate tööde metoodikale ja tulemuste interpreteerimisele. Doktoritöös on selgelt näidatud, et ioonide vahetus polümeeri ja lahuse vahel on sageli suhteliselt kiire ka niisugustes süsteemides, mida on peetud suhteliselt stabiilseteks, mistõttu mitmete uuringute tulemuste interpretatsioonides on suuri ebatäpsusi. Praktilise poole pealt tuleks rõhutada, et Raudsepa töö näitab, kuidas väga lihtsate meetoditega on võimalik parandada juhtivate polümeeride elektrokeemilist aktiivsust.

 Tartu ülikooli uurimisrühm on rahvusvahelisel tasemel küllalt tuntud. On olnud palju suulisi ettekandeid rahvusvahelistel konverentsidel, mõned kutsed esineda on jäänud ka kasutamata. Samas on keemia instituudi anorgaanilise keemia õppetooli uurimisrühm suhteliselt väike, kuid tänu koostööle molekulaartehnoloogia õppetooliga ja eriti füüsika instituudiga on uurimisvõimalused laienenud. Viimastel aastatel on meie kahe doktorikraadi omandanud teaduri, Tarmo Tamme ja Urmas Johansoni eestvedamisel kujunemas tehnoloogia instituudis uus uurimisrühm.

Terje Raudsepa doktoritööd saab lugeda siit.

Artikkel ilmus ajakirjas Universitas Tartuensis.

 

Allen Watkin /Flickr 23.07.2014 11:41

Näotuvastustarkvara ... kassidele?

Pirtsakate lemmikloomade peremehed saavad kergemalt hingata.

UCSB 16.06.2014 16:09

Hõbeda nanoosakesed võtavad sihikule vähi

Üliväikestest hõbeda nanoosakestest loodetakse tulevikumeditsiinis palju – nende abil saaks viia kasvajate diagnoosimise oluliselt täpsemaks või toimetada ravimeid kehas täpselt sinna, kus neid vaja läheb.

23.05.2014 18:20

Taimed reedavad keemiarelva kasutamise

Valge sinep kogub keelatud ründemürke.

02.05.2014 12:47

Kui palju inimesi mahub maakerale? (4)

Millal jõuab kätte piir, mil maakera inimestele kitsaks jääb?

21.04.2014 13:25

Mis on Eesti rikkus viie rikkama riigi hulgas? (1)

Mitut kriisi näeme enne, kui suudame tegelikult uskuda Eesti majanduse edusse? Millest ei saa mööda vaadata tuleviku ettevõtete juhid? Kas Eesti jõuab aastaks 2032 Euroopa rikaste hulka ning millega? Mis on Eesti tõeline rikkus?

14.04.2014 13:44

Aasta 2032: maailma tõsiseim mure on joogivesi (1)

Maakeral on puudus puhtast joogiveest. Inimene kujundab keskkonda jõuliselt enda käe järgi ümber. Eesti põlevkivitööstusel seisab ees hääbumine.

18.03.2014 11:15

Uut tüüpi värvid ei pleegi kunagi

Pigmendivabade nanovärvide loojad said inspiratsiooni loodusest.

29.01.2014 16:24

Veega printimine hoiab paberit kokku (3)

Nutikas tehnoloogia lubab paberilehte kasutada mitu korda.

09.01.2014 16:08

Puud reedavad kullaleiukohti (1)

Kullasoonel kasvavad eukalüptid koguvad väärtuslikku metalli lehtedesse.

16.12.2013 14:40

Galerii: Eesti parimad teadusfotod 2013

Kes võitsid viienda Eesti teadusfotode konkursi?

11.12.2013 11:38

Tammetüves peituv kliima

Geograaf Kristina Sohar lõi esimese Eesti minevikukliima mudeli, mis põhineb puu aastarõngastel.

29.11.2013 20:05

Tulevikus neelame nanotablette

Pisikesed nanoosakesed lubavad ravimi viia otse haiguskoldesse.

20.11.2013 14:30

Avatud märkmiku teadus

2015. aastal saavad maailma esimesed teadusajakirjad – Journal des Sçavans Prantsusmaal ja paar kuud hilisem Philosophical Transactions of the Royal Society Inglismaal – 350 aastat vanaks.

24.10.2013 16:35

Kuidas otsida ja leida vanu raamatuid?

Eelmisel nädalal leiti Tallinnast raamatu köitematerjali hulgast fragment 1457. aastast pärit Mainzi psaltrist, mis on pärit trükikunsti leiutaja Johannes Gutenbergi eluajast.

10.10.2013 12:15

Nobel: Mehed, kes viisid keemia arvutisse

Tänapäeval teevad keemikud palju tööd ära juba arvutimudelite abil, minnes alles seejärel laborisse.

08.10.2013 15:14

Nobel lisab Higgsi osakesele kaalu (1)

Füüsika Nobeli pälvisid kaks meest, kelle töö andis põhjust ehitada maailma kalleim katseseade. Selles tehtud eksperimentide tulemuste arusaadavalt selgitamiseks korraldatakse võistlusi.

Wikimedia Commons 05.06.2014 16:38

Kui valikuline on tähelepanu?

Miks ilus inimene rahvasummas silma jääb? Või ka kauguses kostuv pidurikrigin liiklusmürast üle kostab?

13.05.2014 09:32

Iseparanev plast lapib auke

Nutikas polümeer jäljendab vere hüübimist.

22.04.2014 20:00

UFO-usk on Eestis tõusuteel (8)

Eestis on kristlasi pea sama palju kui kõikvõimalike uute religioossete praktikate toetajaid, mõlemaid umbes viiendik elanikkonnast. Maaväliste tsivilisatsioonide olemasolu usub pea iga teine, selgub äsja Tartu ülikooli usuteadlaste poolt läbiviidud küsitlusest.

15.04.2014 16:36

Lääne-Euroopa probleemid jõuavad Eestisse (4)

2032. aasta Eesti põlisasukad peavad oskama kohaneda Aafrika ja Aasia sisserändajatega.

11.04.2014 14:42

Kas päike on aastaks 2032 maa peale toodud? (4)

Piiramatu arvutivõimsus ja termotuumaenergia kasutuselevõtt oleksid võrreldavad muutusega, mille tõi inimkonnale kaasa internet. Aga kas meil õnnestub lahti muukida universumi olemuse üks põhiküsimusi?

12.02.2014 16:32

Kui suur on neutriino mass?

Salapäraste osakeste massi piirväärtuse tõstmine parandab kosmoloogilist standardmudelit.

15.01.2014 12:43

Milleks on vaja unenägusid? (1)

Kas unenäod väljendavad mällutalletamise protsessi?

30.12.2013 18:11

Mida on võimalik teada saada mobiiltelefoniandmeid analüüsides?

Kõigil on taskus mobiiltelefon, mida kasutades jätame me endast pidevalt jälgi: iga kõne, SMS või internetiühendus jätab andmebaasi märgi.

12.12.2013 10:37

Taevakivist leitud üliväikesed teemandid näitavad nanotehnoloogias uusi võimalusi (1)

Poole sajandi eest Maale kukkunud meteoriit, mis on vanem kui Päikesesüsteem, sisaldab teadaolevalt kõige väiksemaid eriliste kiirgusomadustega teemante.

03.12.2013 12:43

Kui vana on sinu keha? (2)

Kõhukas kolmekümneaastane võib füüsilise vormi poolest kuuluda pigem pensionieelikute sekka. Heas vormis 70-aastane harrastussportlane aga olla võrdne 25-aastastega.

22.11.2013 18:16

Aatomid kuulavad sõna

Kontrollitud spinniga osakesed lubavad luua üliväikseid mäluseadmeid.

13.11.2013 13:07

Uus viis nähtamatuks muutuda (1)

Äsja loodud seade kasutab esemete peitmiseks elektromagnetvälja.

10.10.2013 13:45

Kuidas kõlas Suur Pauk?

Kosmilise jääkkiirguse muutused tõlgiti inimkõrvale kuuldavateks helideks.

08.10.2013 21:32

Elavhõbe teeb maalid mustaks

Õhus leiduv kloor ja valgus meelitavad metalli punakast värvipigmendist välja.

 
Küsi teadlaselt
Teatavasti vee ruumala paisub nii soojenemisel (aurustumisel) kui ka jäätumisel. Oletame, et on üks anum, mis on vett täis ja on purunematu. Mis hakkab juhtuma siis, kui sundida sellel veel jäätuda?
Jaak Kikas, Tartu ülikooli füüsika instituudi direktor :

See on huvitav küsimus, millele täpse kvantitatiivse vastuse andmine polegi nii lihtne. Üldiselt aga võiks vastata nii: kui paisumisvõimalus puudub,

Loe edasi!
Esita küsimus Kõik
Tartu Ülikool
Idee
Veider teadus