[Fredrik winzl?]
Frederick Winslow Taylor
(ت. جرمنتاون [بخشی از فیلادلفیا]، پنسیلوینیا، 30 اسفند 1234/ 20 مارس 1856؛ و. فیلادلفیا، 29 اسفند 1293/ 21 مارس 1915)، مهندسی.
به نظر می‌رسید که برای تیلر، که فرزند یک خانواده‌ی اشرافی در فیلادلفیا بود، مقدّر بود که راه پدرش، فرنکلین، را دنبال کند، یعنی زندگی عادی پیش پا افتاده‌ای در راه وکالتی خاص نجیب زادگان. اما او پس از آن که در 1253 از آموزشگاه فیلیپ اسکتر فارغ التحصیل شد، استقلال رأی مادر با اراده‌اش، امیلی انت وینزلو، را از خود نشان داد و در عوض تصمیم گرفت که مهندس مکانیک شود. تیلر، بعد از گذراندن دوره‌ی کارآموزی خود به عنوان کارگر فنی ماشین و قالب سازی، برای کار به کارخانه‌ی فولاد میدویل فیلادلفیا رفت، و در آنجا ظرف شش سال از کارگری ساده به سرمهندسی ارتقا یافت. در 1262 از مؤسسه‌ی فنّاوری استیونز درجه‌ی مهندسی مکانیک مکاتبه‌ای گرفت. در 1262 با لوئیز م. اسپونر از فیلادلفیا ازدواج کرد.
تیلر از زمره‌ی مهندسانی بود که تلاش می‌کردند مهندسی را به صورت علم درآورند. او می‌پنداشت که بر تمام حیطه‌های کار مهندسی، از جمله مدیریت، قوانین (یا اصول عقلی) حکمفرما است. تیلر بررسیهای پرزحمتی در مورد برش فلزات، فولاد ابزار، بکار بردن تسمه‌ی نقاله، بتون مسلّح، مدیریت، و دیگر موضوعات، انجام داد؛ این بررسیها از میدویل شروع شد و در ضمن کارش به عنوان مشاور ادامه یافت. این کارها تا حدود زیادی تجربی بود و به مطالب نظری، که تیلر نه از آنها سردر می‌آورد و نه علاقه‌ای به آنها داشت، چندان مربوط نبود. با چنین روش عادی و ساده‌ای بود که تیلر و ج. منسل وایت فرایند عملیات گرمایی فولاد ابزار را کشف کردند، که به نام خود آنها نامگذاری شده است (1277)، این اختراع تحت عنوان «فولاد تندبر» در عمل کارگاههای ماشینی انقلابی به وجود آورد زیرا سبب شد که سرعت ماشینهای برش فلز بیش از دو برابر شود.
دستاورد عمده‌ای که تیلر بیشترین شهرتش را به آن مدیون است ابداع «مدیریت علمی» است. او می‌خواست که تمام جنبه های مدیریت را به صورت «علم دقیق» درآورد. رهیافت او، که گاهی «مدیریت کار» نامیده می‌شود، چنین بود که دقیقاً تعیین کند هر کارگر در مدت معیّن چه قدر باید انجام دهد. این امر منجر به کشف معیار جدیدی برای کار آدمی شد. تیلر ابتدا تلاش کرد که همبستگی‌ای میان خستگی و کمیّت کار پیدا کند، اما نتوانست به چنین راه حل مستقیمی دست یابد. در عوض به چیزی دست یافت که به گُمان او کوچکترین واحدهای کار بودند، یعنی «حرکات بنیادی». تیلر ابتدا مجموعه‌ای از اعمال را به این حرکات بنیادی تجزیه کرد و زمان آنها را به وسیله‌ی زمان سنج تعیین کرد؛ سپس به تجزیه و تحلیل توالی حرکات پرداخت، حرکات غیرضروری را حذف کرد، و حرکات باقیمانده را به صورت رشته‌ی بهینه ترکیب نمود. تیلر فکر می‌کرد که، بعد از افزودن درصدهائی برای دربرگرفتن استراحت لازم و تأخیرهای اجتناب ناپذیر، می‌تواند زمان لازم برای هر کار را محاسبه کند.
بررسی زمان و حرکت تنها اولین ابداع از مجموعه‌ی ابداعات مدیریتی بود. تنظیم زمان، تعیین وظایف روزانه، و تهیه‌ی دستورالعملهای کتبی برای هر کارگر، نیاز به بخش برنامه ریزی‌ای داشت که مرکز اعصاب مدیریت در نظام تیلر شد. وظایفِ دقیقاً تعیین شده مستلزم استاندارد کردن کامل ابزارها، اعمال، و رهوار کردن امور بود. تیلر همچنین برای محاسبه‌ی هزینه، نظارت بر دفتر دارایی، نگهداری اسناد، و سازمان اجرایی مراجع قدرت شیوه هائی ابداع کرد که مدیریت منطقی را آسان می‌کرد.
تیلر فکر می‌کرد که نظام مدیریت او مبنای اخلاق علمی را فراهم ساخته است؛ و امیدوار بود که از این طریق به تعارض طبقاتی پایان دهد و عدالت اجتماعی را برقرار سازد. هرچند این اهداف بزرگ تحقق نیافتند، نظام تیلر بر اندیشه‌ی مدیریت نوین تأثیر عمیقی نهاد.

کتابشناسی

یکم. کارهای اصلی.

نوشته‌های تیلر در کتابخانه‌ی «مؤسسه‌ی فنّاوری استیونز»، هوبوکن، واقع در نیوجرزی، محفوظند. این نوشته‌ها مشتملند بر دستنویس خطابه‌های چاپ نشده و مکاتباتی که کرده است. در نامه‌ای که از تیلر به موریس ل. کوک، به تاریخ 2 دسامبر 1910، نوشته شده است بخش جالب توجهی از زندگینامه‌ی تیلر مندرج است. در مخزن کتابخانه یک راهنمای چاپ شده برای مراجعه به این نوشته‌ها وجود دارد.
مجموعه‌ی مناسبی از مهمترین نوشته‌های انتشار یافته‌ی تیلر در کتابی گردآوری شده است با عنوان scientific Management: comprising shop Management, The principles of scientific Management, and Taylor"s Testimony Before the special House committee، از فردیک و. تیلر (نیویورک، 1947). فهرست مقاله های گوناگونی که تیلر به «انجمن امریکایی مهندسان مکانیک» تقدیم کرده در کتاب seventy- seven Year Index (نیویورک، 1951) ذکر شده است. بلندترینِ این مقاله ها به صورت کتاب نیز بچاپ رسید با عنوان on the Art of cutting Metals (نیویورک، 1907). علاوه بر این، او با همکاری سَنفرد ا. تامپسن دو کتاب نوشت: A Treatise on concerte (نیویورک، 1905) و concrete costs (نیویورک، 1912).

دوم. خواندنیهای فرعی.

زندگینامه‌ی معیار او کتابی است از فرنک ب. کاپلی با عنوان Fredrick w. Taylor (نیویورک، 1923). خاطرات او عبارتند از: «Tributes to Fredrick w. Taylor»، ویراسته‌ی هـ. ک. هَثوِی، در TASME، 37 (1915)، 1459-1496؛ «Fredrick winslow Taylor»، همان، 1527-1529؛ و Frederick winslow Taylro, A Memorial volume، از انتشارات «انجمن تیلر» (نیویورک [حدود 1920]). نیز «Frederick winslow Taylor»، از کارل و. میتمن، در Dictionary of American Biography، هجدهم، 323-324.
ارزیابیهای جدیدی که از تیلر و روش کار او شده است در آثار زیرین مندرجند: Taylorism at the watertown Arsenal، از هیو ج. ایتکن (کیمبریج، مسچوستیس، 1960)، 13-48؛ Effeciency and uplift، از سمیوئل هابر (شیکاگو- لندن، 1964)، 1-30؛ The Revolt of the Engineres، از ادوین لیتن (کلیولند، 1970)، 134-139؛ scientific Management and the unions، از میلتن ج. نَدوورنی (کیمبریج، مسچوسیتس، 1955)، 1-33؛ و Frederick Taylor: A study in personality and Innovation، از سودهیر کاکار (کمبریج، مسچوسیتس، 1970).

 

منبع مقاله :
گیلیپسی، چارلز کولستون؛ (1387)، زندگینامه علمی دانشوران، ترجمه: احمد آرام... [و دیگران]، تهران: انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ نخست

اهمیت صنعت لاستیک از وقتی که به وجود آمد و نقشی که آن در رشد تمدن داشت خیلی زیاد است. دو نوع لاستیک وجود دارد؛ یکی طبیعی و دیگری مصنوعی. تولید لاستیک مصنوعی راحت‌تر از لاستیک طبیعی است و لاستیک مصنوعی گستره‌ی کاربردی بیشتری دارد. این مقاله یک مقایسه بین لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی برای شما انجام داده است.

آیا می‌دانید؟

در سال 1839 یک مخترع آمریکایی به نام چارلز گودیر، یک روشی را برای بهبود خواص لاستیک طبیعی ابداع کرد و آن را محکم‌تر و قابل استفاده‌تر کرد. او این فرآیند را ولکانیدن یا جوش اکسیژن لاستیک و فلزات نامید. این فرآیند در صنعت لاستیک انقلابی ایجاد کرد.
لاستیک طبیعی یک الاستومر (پلیمر هیدروکربنی کشسان) است که از لاستیک خام درست شده است که یک کلویید شیری است که از بیشتر گیاهان به دست می‌آید. الاستومر یک ماده‌ای است که می‌تواند تغییر شکل کشسان بیشتری را از مواد دیگر، تحت تنش تحمل کند و بدون هیچ گونه تغییر شکلی به اندازه‌ی قبلی خود برگردد. منبع تجاری لاستیک طبیعی یک گیاه برزیلی بومی به نام هویا برازیلینسیس که به خانواده‌ی فرفیون‌ها تعلق دارد. برخی گیاهان دیگر که می‌توان از آنها لاستیک طبیعی به دست آورد عبارتند از: گوتا – پرکا، شکل لاستیک، درخت لاستیک پانامایی، قاصدک معمولی و قاصدک روسی. لاستیک طبیعی تا قرن بیستم مصرف تجاری داشت. لاستیک طبیعی به خاطر کاربردهای خیلی زیادش جایگاه مهمی در بازار اشغال کرده است. برخی از کاربردهای آن شامل ساختن تایر برای استفاده در ماشین‌های مسابقه، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و هواپیماها است.
لاستیک‌های مصنوعی در گیاهان شیمیایی با پلیمریزاسیون مونومرها به پلیمرها به دست می‌آیند. آنها به طور مصنوعی تولید می‌شوند. برخی از مهم‌ترین لاستیک‌های مصنوعی عبارتند از: بوتادین، استرین – بوتادین، نئوپرین/ پلی کلروپرین، لاستیک‌های پلی سولفید، نیتریل، لاستیک بوتیل و سیلیکون. آنها کاربردهای متعدد و خواص شیمیایی و مکانیکی مختلفی دارند. لاستیک‌های مصنوعی زیادی در طول قرن بیستم گسترش یافته‌اند. برخی از آنها به خاطر خواص‌شان به جای لاستیک طبیعی استفاده می‌شوند. کاربردهای ویژه آنها شامل ترانسفورماتورهای برق، لباس‌های مرطوب، کناره‌های لپ تاپ، بست‌های ارتوپدی، عایق الکتریکی، تسمه فن خودرو، لاستیک خودرو، کف کفش، پاک کن مداد، بالن‌های تولد، چسب، دستکشهای محافظ، تسمه نقاله، اسباب بازی‌های انعطاف پذیر، لوله، تشک، طناب‌های لاستیکی، رنگ، شیلنگ، گسکت و کاشی‌های کف سطح است.

تفاوت بین لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی :

تولید :

• لاستیک‌های مصنوعی با پلیمریزاسیون مواد پترو شیمیایی مختلف که به نام مونومر شناخته می‌شوند، به دست می‌آیند. برخی نمونه‌ها عبارتند از: لاستیک استرین بوتادین (SBR) که از هم - پلیمریزاسیون استرین و بوتادین به دست می‌آید، لاستیک بوتیل (IIR) که یک لاستیک مصنوعی است که از هم - پلیمریزاسیون ایزوبوتیلن با ایزوپرن به دست می‌آید، لاستیک نیتریل (NBR) که یک لاستیک مصنوعی مقاوم به نفت است که از هم - پلیمریزاسیون آرکیلونیتریل و بوتادین به دست می‌آید و نئوپرن که با پلیمریزاسیون کلروپرن تولید می‌شود.
• لاستیک طبیعی از لاستیک خام به دست می‌آید که بیشتر از شیره‌ی گیاه هویا برازیلینسیس کشیده می‌شود. یک بریدگی در پوست درخت ایجاد می‌شود و لاستیک خام در یک فنجان یا قابلمه جمع آوری می‌شود، سپس فیلتر شده، شسته می‌شود و می‌گذارند که با یک اسید واکنش دهد تا ذرات لاستیک منجمد شوند و جرم تشکیل دهند. سپس لاستیک در قالب‌هایی فشرده می‌شود و خشک می‌شود. پس از آن به مراحل بعدی تولید در صنعت می‌رود تا اصلاح شود.

خواص :

• لاستیک‌های مصنوعی بیشتر نسبت به نفت و روغن، مواد شیمیایی مشخص و اکسیژن مقاوم هستند، عمر و ویژگی‌های آب و هوایی بهتری دارند و انعطاف پذیری خوبی در یک گستره‌ی دمایی وسیع دارند.
• لاستیک‌های طبیعی مقاومت به سایش خوب، الاستیسیته بالا، انعطاف پذیری بالا و استحکام کششی خوبی دارند. آن عملکرد دینامیکی خوب و سطح میرایی پایینی دارد. اما با گذشت زمان پیر می‌شود و مقاومت شیمیایی، روغنی و اوزونی ضعیفی پیدا می‌کند. با افزایش دما مقاومتش پایین می‌آید.

خواص پیری، انعطاف پذیری دما پایین و مقاومت به سایش :

• استرین بوتادین یکی از لاستیک‌های مصنوعی ارزان و با کاربرد عمومی است که استحکام فیزیکی ، انعطاف پذیری و خواص دما پایین کمتری دارد. اما خواص پیر شدن و مقاومت به سایش آن بهتر از لاستیک‌های طبیعی دیگر است. برخلاف لاستیک طبیعی این ماده با گذشت زمان به جای نرم شدن سخت می‌شود.
• لاستیک‌های طبیعی استحکام فیزیکی، انعطاف پذیری و خواص دما پایین خوبی دارند اما مقاومت به سایش و خواص پیر شدن پایینی نسبت به استرین بوتادین دارند. خواص دما پایین آن در مقایسه با نیتریل پایین‌تر است.

مقاومت به نفت و روغن و انعطاف پذیری :

• نیتریل مقاومت به نفت و روغن، انعطاف پذیری دما پایین، مقاومت به سایش و انعطاف پذیری بهتری نسبت به لاستیک طبیعی دارد. آن هم چنین نفوذ پذیری گاز پایین‌تری دارد.
• لاستیک طبیعی مقاومت به نفت و روغن و انعطاف پذیری پایین‌تری نسبت به نیتریل دارد. اما استحکام فیزیکی بهتری دارد.

مقاومت اوزونی، شیمیایی و الکتریکی :

• اتیلن پروپیلن دین مونومر (EPDM)، نئوپرین/پلی کلروپرین و برخی لاستیک‌های مصنوعی دیگر مقاومت گرمایی، مقاومت به نفت و روغن، اوزون و مقاومت آب و هوایی و مقاومت شارش قطبی عالی دارند و هم چنین پیر شدن و مقاومت شیمیایی بهتری دارند. علاوه بر این خواص فیزیکی و مقاومت دما پایین آنها نیز خوب است. آن هم چنین قابلیت اشتعال و نفوذ پذیری گاز پایینی دارد. EPDM می‌تواند به ترکیبات دیگر بپیوندد تا مقاومت الکتریکی عالی کسب کند.
• لاستیک طبیعی مقاومت به اوزون، شارش قطبی و شیمیایی پایینی دارد. توسط روغن‌های هیدور کربنی متورم و ضعیف می‌شود و به هنگام پیر شدن توسط اکسیژن و اوزون ضعیف می‌شود.

خواص الکتریکی :

• لاستیک‌های اوزونی خواص الکتریکی عالی و مقاومت زیادی نسبت به آب و هوا و حمله‌ی اوزون دارند. خواص فیزیکی آنها در دماهای بالا حفظ می‌شود. آنها از لاستیک‌های دیگر گران قیمت‌تر هستند.
• لاستیک‌های طبیعی خواص الکتریکی ضعیفی دارند و مقاومت پایینی نسبت به آب و هوا و حمله‌ی اوزون دارند. آنها خواص فیزیکی بهتری دارند.
لاستیک طبیعی به خاطر کاربردهایش جایگاه مهمی در بازار دارد. اما لاستیک مصنوعی در خیلی از موارد به جای لاستیک طبیعی استفاده می‌شود به ویژه زمانی که خواصی از موادی را که لازم است بهبود می‌بخشد.

رنگ مهمترین ویژگی مربوط به پوشش ها می باشد. رنگ همچنین یک پارامتر مهم در شناسایی بصری محسوب می شود. بررسی مناسب شرایط مورد نیاز برای کنترل نور، برای قضاوت درست در مورد رنگ یک ماده، ضروری است. ارزیابی بصری همواره نیازمند وجود یک استاندارد فیزیکی برای مقایسه می باشد زیرا حافظه ی رنگ مغز انسانی، بدون وجود یک مرجع، ضعیف است. البته برای مقایسه ی دو نمونه، می توان از مرجع استفاده نکرد. حتی وقتی شرایط نگاه کردن مناسب باشد، اغلب این مشکل است که جهت و شدت تفاوت رنگ را بین دو نمونه تشخیص دهیم. این فرایند نیازمند متخصص رنگ با تجربه می باشد.
یک روش با دقت بالا برای ارزیابی تفاوت رنگ، استفاده از ابزارهای اندازه گیری رنگ می باشد. دو نوع از این ابزارها که می تواند برای این منظور، استفاده شود، عبارتند از رنگ مترها (colorimeters) و اسپکتروفوتومتر ها. یک رنگ متر در واقع از فیلترهای نوری برای تقویت پاسخ رنگ در چشم، استفاده می کند و یک اسپکتروفوتومتر نیز در واقع طیف نور مرئی را بازه هایی می شکند که به صورت ریاضی پاسخ رنگ در چشم را تشدید می کند. مزیت استفاده از اسپکتروفوتومتر در تعیین تفاوت رنگی، دقت بالا، پایداری و ثبات و قابلیت تشدید با استفاده از منابع نوری مختلف می باشد. هزینه های اسپکتروفوتومتر و پیچیدگی مربوط به کار آن، به طور قابل توجهی با استفاده از ابزارهای جدید، کاهش یافته است.
سه تکنولوژی مختلف وجود دارد که در اسپکتروفوتومترهای جدید صنعتی، مورد استفاده قرار میگیرند. این سه تکنولوژی، عبارتند از فیلترهای تداخلی، استفاده از توری ها و استفاده از دیودها می باشد. فیلترهای تداخلی، در واقع فیلترهای با طول موج معین هستند که معمولاً بر اساس نوع رزولیشن مورد نیاز، از 16 یا 32 فیلتر تشکیل شده اند. توری ها نیز ابزارهای هستند که به همراه آرایه های دیودی، استفاده می شوند و موجب افزایش رزولیشن می شوند. ابزارهای با کارایی بالا نیز معمولاً دارای توری هایی هستند که موجب بهبود کارایی می شوند اما این ابزارها، معمولاً گران و پیچیده هستند و کالیبراسیون آنها سخت است. یک تکنولوژی جدید از اسپکتروفوتومترها، بر اساس LED های با رنگ های مختلف می باشد. یک تا نه LED رنگی در واقع کل طیف نور مرئی را پوشش می دهند. مزیت این بخش ها، این است که اندازه و هزینه های ساخت کمتری دارند. محدودیت این وسایل، این است که آنها، دقت و پایداری پایین می باشد. البته این تکنولوژی، با استفاده از LED های جدیدتر، بهبود قابل توجهی پیدا کرده است.
چندین هندسه ی اندازه گیری مختلف، وجود دارد. یکی کروی و دیگری چند زاویه ای. یک ابزار کروی نشاندهنده ی یک نمونه از تمام جهات می باشد. در واقع در این حالت، دید نمونه به صورت عمودی است. در حالت چند زاویه ای، زاویه ی چندگانه و دید به صورت زاویه ی ثابت می باشد. این همچنین ممکن است که زاویه ی ثابت به همراه دید در زوایای چندگانه، داشته باشیم.
استفاده از هندسه ی مناسب، برای فرمولاسیون رنگ و بررسی و جستجو بر روی رنگ، مهم می باشد. فرمولاسیون رنگ با هندسه ی کروی موجب حذف نیاز به شناسایی درخشش می شود و بدین صورت، درخشش به صورت ریاضی حذف می شود. در این حالت، درخشش به فرمولاسیون رنگ وابسته نمی باشد. بررسی بر روی رنگ معمولاً نیازمند ابزارهایی است که با روش های بصری، تطابق دارند. یک ابزار کروی با ورودی خاص، می تواند موجب حذف درخشش شود و بدین صورت، ارتباط بصری خوبی ایجاد می شود. ارزیابی می تواند اطلاعات گمراه کننده ای به ما بدهد. این مسئله زمانی مهم می باشد که بخواهیم یک پوشش را بر روی بخش هایی قالب گیری شده ی پلاستیکی، تطبیق دهیم.
پیگمنت های خاص مانند پیگمنت های فلزی، مرواریدی و مواد تداخلی، برای بررسی رنگ در زوایای مختلف، نیازمند زاویه های چندگانه ی نمایش و دید می باشند. ابزارهای چند زاویه ای و یا اسپکتروفوتومترهای خاص، برای اندازه گیری زوایای جدایش 3 تا 5 درجه، موجود می باشند. یک زاویه ی مینیمم سه درجه ای، معمولاً برای شناسایی رنگ های خاص بیان شده، مناسب می باشد.
ملاحظات مربوط به نوع نمونه ی مورد اندازه گیری شده، باید نوع اسپکتروفوتومتر مورد استفاده را تعیین کند. اگر نمونه ها، بسیار بزرگ باشند و نتوان در داخل ابزار قرار داده شوند، این نیاز وجود دارد که ابزار قابلیت انتقال داشته باشند. ابزارهای قابل حمل با کارایی بالایی در ابعاد مختلف وجود دارند، اما ارتباط داده های مربوط به این ابزارها، با ابزارهای آزمایشگاهی، باید در نظر گرفته شود. اگر نمونه ها، غیر یکنواخت باشند، وسیله باید تا حد ممکن بزرگ باشد. بسیاری از ابزارها، دارای ورودی قابل تنظیم می باشند که بوسیله ی تغییر در ابعاد آن، می توان نمونه را به خوبی، مورد آنالیز قرار داد.
تلورانس مورد نیاز برای اندازه گیری رنگ، یکی از مهم ترین ملاحظاتی است که در زمان انتخاب ابزار اندازه گیری رنگ، باید بدان توجه کرد. اگر مقایسه همواره یک استاندارد فیزیکی باشد و فرمولاسیون مشابه باشد، یک رنگ متر، می تواند کافی باشد. وقتی دقت بالا برای تولید پوشش ها در محل های مختلف جهان، مورد نیاز باشد، تنها ابزارهای بسیار دقیق قابلیت ایجاد رنگ های یکسان را دارا می باشند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Coating technology handbook/ Arthur A. Tracton
 

مقدمه

در سال 1977، تولید اولین پلیمر آلی رسانای الکتریکی که در واقع پلی استیلن دوپ شده بود، گزارش شد. این پلیمرها در واقع طبقه بندی مختلفی از مواد هستند که در واقع از پلیمرهای رسانا تولید شده اند. این مواد، در واقع یک مخلوط فیزیکی از یک پلیمر غیر رسانا به همراه مواد رسانایی از جمله پودر فلزات و کربن می باشد.برای پلیمرهای حالت پایه تخریب پذیر، تغییراتی در مقادیر دوپ شوندگی اندک در بدنه ی اصلی پلیمر ایجاد می شود که در واقع در حالت محلول باردار و یا حالت پلارون مربوط به پلیمرهای تخریب پذیر، ایجاد می شود.در ابتدا، این پلیمرهای رسانای ذاتی، در برابر محیط تولید و هوا، پایدار نبودند. به هر حال، نسل های بعدی این پلیمرها، به صورت پودر، فیلم و الیاف تولید شدند و علاوه بر پایداری در برابر حلال ها، در برابر هوا نیز پایدار هستند. برخی از اشکال این پلیمرهای رسانای ذاتی، می توانند با پلیمرهای سنتی مخلوط شوند و موجب تولید آمیزه های رسانای الکتریکی شود. رسانایی الکتریکی سیستم های پلیمری رسانا امروزه در گستره ی رسانایی عایق ها تا مواد نیمه رسانا می باشد. کاربرد این پلیمرها مخصوصاً پلی آنیلین بعد از تولید آنها آغاز شد. این آمیزه ها، شامل مخلوط ها و پوشش هایی است که در تولید عایق های الکترواستاتیک الکترومغناطیسی، جاذب های تابش الکترومغناطیسی برای اتصال دهی پلاستیک ها، لایه های رسانا برای وسایل پلیمری تابش دهنده ی نور و پوشش های ضد خوردگی برای آهن و فولاد، استفاده می شوند.
ویژگی متداول الکترونیکی مربوط به پلیمرهای رسانای پیشین، در واقع ویژگی سیستم اختلاط rt می باشد که با همپوشانی اربیتال های pz کربن و تغییر طول پیوند کربن- کربن انجام می شود. شکل 1 نشاندهنده ی واحدهای تکرار شونده ی اشکال پیشین از چندین خانواده از پلیمرهای رسانا و نیمه رسانا (یعنی ترانس- پلی استیلن، پایه ی لئوکومرالدین (LEB)، پایه ی امرالدین (EB) و پایه ی پرنی گرانیلین (PNB)) می باشد که موجب تشکیل مواد از جمله پلی آنیلین (PAN) پلی پیرول (PPy)، پلی تیوفن (PT)، پلی (پی- فنیلن) (PPP) و پلی (پی فنیلن وینیل) (PPV) می باشد. هر یک از این پلیمرها، آن دسته از پلیمرهایی هستند که عایق هستند و گاف انرژی آنها بین حالت پر و خالی می باشد. برای t-(CH)_x، گاف انرژی از الگوی پیوند منفرد و دوگانه ی دوپ نشده، ایجاد می شود. در این حالت، مشارکت اضافی به دلیل دافعه ی کولمبی الکترون- الکترون، ایجاد می شود. تغییر داخلی در پیوندهای کوتاه و بلند، منجر به ایجاد حالت پایه ی معادل می شود. حالت اکسیداسیون پین گرانولین PAN همچنین دارای دو حالت پایه ی تخریبی دوگانه دارد. پلیمرهای نشان داده شده در شکل 1 تخریب پذیر نیستند و در حقیقت تغییر داخلی منفرد و دوگانه منجر به ایجاد ساختارهای الکترونی مختلفی می شود.

افزایش رسانایی با استفاده از عوامل دوپ شونده

رسانایی مربوط به پلیمرهای الکترونیکی پیشین، بواسطه ی دوپ کردن این مواد، بهبود می یابد. هر دو نوع از عوامل دوپ شونده ی نوع n و نوع P می توانند در این کار استفاده شوند. دوپ شوندگی به طور نمونه وار با استفاده از تبخیر و یا محلول های دوپ شونده، انجام می شود. زنجیره ی اصلی پلیمری و یون های دوپ کننده موجب تشکیل ساختارهای سه بعدی جدید و مختلفی می شوند.
برای پلیمرهای حالت پایه تخریب پذیر، تغییراتی در مقادیر دوپ شوندگی اندک در بدنه ی اصلی پلیمر ایجاد می شود که در واقع در حالت محلول باردار و یا حالت پلارون مربوط به پلیمرهای تخریب پذیر، ایجاد می شود. این مسئله مشابه پلارون های باردار و یا بی پلارون ها در سیستم های غیر زیست تخریب پذیر، می باشد. برای پلیمرهای غیر تخریب پذیر، دوپ شدن مقادیر قابل توجه از دوپ شونده، منجر به پلارون هایی می شود که موجب تشکیل شبکه پلارونی و یا باند انرژی با پرشدگی جزئی می شود. برخی از مدل ها پیشنهاد می دهد که تعادلی میان پلارون ها و بی پلارون ها، وجود دارد. در مقادیر دوپ شونده ی بالا از t-(CH)_x، این پیشنهاد شده است که سطوح انرژی محلول سالیتون ضرورتاً با نوار والانس پر شده و نوار رسانش خالی، همپوشانی می کند. این مسئله منجر به تولید پلیمرهای رسانا می شود.
برای شکل پایه ی پلی آنیلین امرالدین (EB)، رسانایی با میزان دوپ شونده ی یون هیدروژن، تغییر می کند. در مورد فرایند پروتون زایی، هیچ اضافه و یا حذف الکترون ها و تشکیل حالت رسانایی، وجود ندارد. شکل 2 نشاندهنده ی شماتیکی از حالت های تعادلی دوپ شدن p مربوط به لئوکوامرالدین و دوپ شدن اسید پروتونیک EB و تشکیل نمک امرلادین رسانا می باشد. هر دو اسید آلی مانند HCSA و اسید غیر آلی مانند HCl، مؤثر است و اسیدهای سولفونیک آلی منجر به حلالیت در انواع مختلفی از محلول های آلی مانند کلروفروم و ام کرازول می شود. اسید پروتونیک ممکن است همچنین به صورت کوالانسی به زنجیره ی اصلی پلی آنیلین پیوند دهد (همانگونه که در مورد پلی آنیلین محلول در آب، مشاهده می شود) (شکل 3a و 3b). رفتار الکترونی مشابه در مورد PAN دوپ شده با اسید پروتونیک، مشاهده شده است (مشابه سایر سیستم های حالت پایه ی غیر تخریب پذیر). در حقیقت این پلارون ها هستند که در سطوح دوپ شوندگی پایین، مهم می باشند و برای حالت رسانای بالا، یک شبکه ی پلارونی تشکیل می شود. جفت های پلارونی یا بی پلارون ها، در نواحی با نظم کمتر از پلیمرهای دوپ شونده، ایجاد می شود. CH دوپ شده با ید نیز دارای cr برابر با 100 S/cm می باشد. در نتیجه، CH بوسیله ی روش های دیگری تولید می شود که منجر به غلظت های مواد دوپ شونده ی بالاتری می شود که این مقدار با مقادیر مربوط به مس، قابل مقایسه می باشد. پیشرفت های اخیر در زمینه ی فرآوری سایر سیستم های پلیمری، منجر به بهبود occ و ایجاد occ هایی در گستره ی lo3 تا lo4 S/cm شده است. مقدار مطلق مربوط به بالاترین رسانایی که حاصل شده است، هنوز جای بحث دارد. بسیاری از نشانه های مربوط به طبیعت فلزی ذاتی امروزه ظاهر شده اند که این موارد شامل ثوابت دی الکتریک منفی و وابستگی خطی توان ترموالکتریکی به دما می باشد. به هر حال، رسانایی هر پلیمر جدیدی که تصور می شود با فلزات متداول قابل مقایسه است، با کاهش دما، کاهش می یابد اگر چه برخی از نمونه های با رسانایی بالا نیز حتی در دماهای بسیار پایین، رسانا باقی می مانند. از آنجایی که تنوع قابل توجهی در زمینه ی خواص مربوط به مواد سنتز شده بوسیله ی یک روش شیمیایی مشابه وجود دارد، مطالعه های انجام شده بر روی انتقال ساختاری مربوطه، خواص معناطیسی و نوری مربوط به یک ماده، مهم وضروری است. رسانایی یک پلیمر مثلا پلی آنیلین دوپ شده با HCSA می تواند بسته به میزان و وابستگی دمایی رسانایی به عنوان نتیجه ای از تولید در حلال های مختلف، تغییر کند. اثر حلال و تبخیر حلال بر روی نظم ساختاری و رسانایی الکتریکی منتج شده در پلیمرهای رسانای ذاتی، مخصوصاً پلی آنیلین را دوپ شوندگی ثانویه می گویند.

بیشتر بخوانید: تاریخچه ی توسعه ی مواد پلیمری (1)

 

مدل های مربوط به رسانایی الکتریکی

بیشتر کارهای انجام شده بر روی طبیعت حامل های باردار در حالت های فلزی با میزان دوپ شوندگی بالا می باشد. آنها ممکن است به صورت فضاییی بوسیله ی بی نظمی های ساختاری متمرکز شده باشند و بنابراین، آنها نمی توانند در انتقال مشارکت کنند، مگر آنکه دوپ شوندگی ثانویه رخ دهد. شکل 4 بیان شماتیکی از بی نظمی های غیر هموژن به همراه زنجیره های پلیمری منفرد می باشد که در داخل نواحی منظم و بی نظم، قرار دارند. درصد کریستالینیتی برای پلی پیرول ها و پلی آنیلین ها ممکن است به ترتیب از صفر تا 50 یا 60 % تغییر کند. این میزان برای پلی استیلن ها می تواند تا 80 % نیز برسد. زنجیره ها در نواحی بی نظم ممکن است کشیده و یا به هم پیچیده باشند. البته این زنجیره ها می توانند حالت بینابین نیز داشته باشند. ناخالصی ها و عیوب شبکه ای در سیستم های بی نظم موجب تفرق این موج های الکترونی به سمت خارج می شود. این مسئله در واقع تمرکز اندرسون (Anderson localization) نامیده می شود. شاخه دار شدن نیز که در حقیقت شامل دانسیته ی محدود از حالت (N(Er)) می باشد، در سطح فرمی Er میان لبه ها، ایجاد می شود. این مسئله وقتی رخ می دهد که سطح فرمی یا خطوط پتانسیل شیمیایی در نواحی متمرکز، صفر باشند (حتی برای سیستمی با دانسیته ی حالات محدود). مدل VRH نیز برای سیستم هایی قابل استفاده می باشد که بی نظمی های بیشتری دارد به نحوی که انرژی بی نظمی بزرگتر از عرض باند می باشد. برای مدل VRH یا مدل Mott، CT=o.exp?[-(To/T)l"(d+1)]است. که در اینجا، d نشاندهنده ی بعد @ است و برای سیستم های سه بعدی، این مقدار برابر است با T_0=clK_B (E_f ) L^3 (c در اینجا، ثابت تناسب است، K_B ثابت بولتزمن و L طول متمرکز شوندگی است). اگر سطح فرمی در میزانی از انرژی باشد که حالات الکترونی پر شوند، سپس مقدار σ در صفر کلوین، مورد انتظار می باشد. این مدل فرض می کند که بی نظمی اولیه، هموژن بودنی است که در داخل نمونه ای سه بعدی و ایزوتروپ، مشاهده می شود.
برای محل های یک بعدی موجود در زنجیره های فلزی یک حامل بار، بی نظمی های ضعیفی وجود دارد که علت آن سطح مشترک کوانتمی به دلیل تفرق استاتیک الکترون ها به سمت عقب، می باشد. این مسئله با بی نظمی های مورد نیاز برای تمرکز درسیستم های سه بعدی، متفاوت است. این فرض می شود که اثرات محلی شدن در پلیمرهای رسانای بی نظم و غیر هموژن، از تمرکز یک بعدی در نواحی بی نظم، ایجاد شده است. مدل بی نظمی غیر هموژن بیان کننده ی این است که پلیمرهای دوپ شده، به دلیل نواحی بی نظم جزیره ای شکل، در میان زنجیره های پیوند ایجاد می کنند و موجب تبادل در نواحی بی نظم می شوند (شکل 4). در این مدل، الکترون های رسانش به صورت سه بعدی در نواحی منظم متمرکز می شوند. برای انتقال میان نواحی منظم، الکترون های رسانش باید از میان زنجیره های ایزوله ی موجود در نواحی بی نظم، نفوذ کنند. طول این نواحی متمرکز، به جزئیات مربوط به بی نظمی ساختاری مرتبط می باشد. بزرگ شدگی هایی که بوسیله ی فوتون القا می شوند، با افزایش دما، موجب افزایش رسانش می شوند. نظم کریستالی سه بعدی منجر به تسهیل عدم تمرکز می شوند. اگر طول تمرکز برای برخی از الکترون های رسانش به فاصله ی میان دو ناحیه ی منظم برسد، رسانش بهبود می یابد.
برای فلزات معمولی، بسیاری از خواص انتقال الکترونی، می تواند بوسیله ی مدل Drude و در نظر گرفتن زمان پراکندگی منفرد (τ)، توصیف شوند. این مدل توضیح می دهد که میزان و فرکانس رسانایی مستقل فلزات از فرکانس های dc به میکرو ویو، و یک بخش حقیقی از ثابت دی الکتریکی (a) که در واقع در زیر فرکانس پلاسمای غربال شده، منفی است، در حقیقت نشاندهنده ی این است که دانسیته ی حامل ها، جرم مؤثر می باشد. در حد فرکانس Drude، پاسخ Drude می تواند به صورت ar=-$,T و Ei=W’,T/y بیان شود. در اینجا، Ei بخش موهومی ثابت دی الکتریک می باشد.

رسانایی الکتریکی مربوط به پلیمرهای رسانا

میزان o(T) مربوط به CH دوپ شده با ید، و PPy دوپ شده با PF6 در گستره ی mk به صورت امتحانی تغییر می کند. بالاترین میزان از o& در دمای اتاق که در یکی از مطالعه ها گزارش شده است، بین منفی 5 تا مثبت 10 S/cm برای CH دوپ شده با I3 و –Io3 برای PPy رسانا می باشد. برای هر دوی این مواد، O با کاهش دما، کاهش می یابد. برخی از فرایند های آماده سازی PAN-CSA رفتار مشابهی نشان می دهند. نمونه های با رسانایی کمتر که از CH دوپ شده، پلی آنیلین دوپ شده و پلی پیرول دوپ شده تولید شده اند، در دماهای پایین، نارسانا می شوند.

کاربردها

پلیمرهای رسانای ذاتی مواد مطمئنی برای استفاده در تولید محافظ های تابش الکترومغناطیسی و کاهش و یا حذف این پرتوها، می باشند. همچنین سبکی مناسب این مواد در مقایسه با فلزات، انعطاف پذیری و عدم خورده شدن، از جمله سایر ویژگی های این مواد به شمار می آید. قابلیت جذب این مواد که در حقیقت در گستره ی کاربردهای تجاری (منفی 40 dB) و نظامی (منفی 80 تا منفی 100 dB) می باشد.
پلیمرهای رسانای ذاتی مخصوصاً پلی آنیلین می تواند در جوشگاری مواد ترموست و ترموپلاستیک، استفاده شوند. فیلم های رسانای پلیمری و آمیزه های تولیدی از پلیمرهای رسانا می توانند در محل اتصال دو قطعه قرار داده شوند. برخورد تابش فرکانس میکروویو موجب می شود تا این مواد ذوب شده و موجب جوش خوردگی اتصال شود. اتصال های منتج شده مانند مواد قالب گیری شده از حالت مذاب، سخت می باشند.
خوردگی فولاد نیز یکی از مسائل مهم می باشد. پلی آنیلین دارای قابلیت محافظت این ماده در برابر خوردگی می باشد. مکانیزم مربوط به محافظت خوردگی بوسیله ی این ماده، حالت محافظت آنودی است. یعنی لایه ی پلی وینیلن به فلز الکترون می دهد. ولتاژ های قابل توجهی نیز در اتصال پلیمر- فلز ایجاد می شود.

خلاصه

پلیمرهایی که به صورت ذاتی رسانا هستند، یک گروه قابل توجه از مواد با قابلیت فرآوری آسان هستند که در آنها موادی دوپ می شود. این مواد می توانند نارسانا، رسانا و نیمه رسانا باشند. این گروه از پلیمرها، ضرورتاً در بسیاری از تکنولوژی ها، استفاده می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Conductive polymers and plastics in industrial applications / Larry Rupprecht