1650025946

Logistyka ■ nauka

Struktura a właściwości perowskitów organiczno-nieorganicznych

Właściwości materiałów organicznych (np. metale, ceramiki, szkła) i nieorganicznych (polimery) razem tworzących materiał hybrydowy, badano niejednokrotnie w celu znalezienia potencjalnych zastosowań, mogących przyczynić się cywilizacyjnej ewolucji. W ciągu ostatnich 50-ciu lat za pomocą nowych technik syntezy, metod strukturalnych czy też spektroskopowych, można dokonać analizy własności, jakimi się charakteryzują. Najogólniejsze z nich zawiera tablica 2.

Tabela 2 Porównanie typowych właściwości komponentów organicznych i nieorganicznych.

Właściwość	Zw iązki organiczne (polimery)	Związki nieorganiczne (np. SiO-)
Stabilność termiczna	niska (< 350°C)	wysoka (> 100°C)
Gęstość	0.9-1.2	2.0-4.0
	kowalencyjne (C-C)	jonowe lub
Natura w iązania	(+ słabe wiązania Van der Waalsa lub wodorowe)	jonowo-kowalencyjne (M-O]
	elastyczny	twardy
Właściwości mechaniczne	plastyczny	rozciągliwy
	gumowaty	kruchy
Właściwości elektroniczne	izolacja do przewodników	izolacja do półprzewodników
Współczynnik załamania	1,2-1,6	1,15-2,7
	wysoka:	niska dla proszków
Obróbka	- modelowanie:	wysoka dla powłok zol-żel
	-    obróbka skrawaniem; -    kontrolowanie lepkości	(podobnie jak w polimerach)
Hydrofobowość	hydrofobowy hydrofilowy	hydrofilowy

Źródło: P. Judenstein, C. Sanchez, J. Maler. Chem 6 (1996), 511.

Wybór polimeru tworzącego hybrydę organiczno-nieorganiczną na ogół dyktowany jest jego właściwościami mechanicznymi i termicznymi. Z kolei inne cechy materiału jak równowaga hydrofobowa czy hydrofilowa, stabilność chemiczna, bio-kompatybilność, właściwości optyczne czy elektroniczne, brane są pod uwagę przy doborze materiału organicznego. Związki organiczne w wielu przypadkach pozwalają na łatwość ukształtowania i lepszą procesowość materiału. Z kolei komponentom nieorganicznym zawdzięczamy stabilność termiczną i mechaniczną, właściwości elektronowe czy też magnetyczne, gęstość, współczynnik załamania etc.

Urozmaicony wybór chemicznej syntezy materiałów (patrz podrozdział 2) pozwala na otrzymywanie struktur hybrydowych o szerokim aspekcie aplikacyjnym, zwłaszcza do zastosowań nanokompozytów hybrydowych w optyce, głównie dzięki wykorzystaniu ich optycznych własności. Materiały hybrydowe odznaczają się dobrą fotostabilnością [32, 33], szybką odpowiedzią fotochromową [34], bardzo wysoką i stabilną generacją drugiej harmonicznej [35], tworzą oryginalne czujniki pH [36], diody LED [37], czy też hybrydowe ciekłe kryształy [38-41].

Podstawę warstwowych struktur perowskitowych (patrz rozdział 3) [12] tworzą monoaminowe (R-Hj)2MX4 lub diaminowe (NH3-R-NH_i)MX4 (X= Cl", Br", lub I") kationy organiczne. Aby spełnić wymóg ładunkowej równowagi kationami tymi są najczęściej metale dwuwartościowe jak np. Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cr²*, Pd²⁺, Cd , Ge²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, Eu²⁺, Yb . Ostatnio obserwuje się tendencje do poszerzania tej rodziny o metale trójwartościowe jak np. Sb³⁺, Bi^3ł [42], nazywając je „perowskitowymi matrycami”, jako koncepcyjne pochodzenie od trójwymiarowych struktur perowskitowych typu AMX3 poprzez wycięcie wzdłuż kierunku <100> cienkiej warstwy z trójwymiarowej sieci krystalicznej. Modyfikacje strukturalne tego typu są w prosty sposób osiągane dzięki zmianie składu lub stechiometrii soli organicznych i nieorganicznych w roztworze, z którego w procesie krystalizacji otrzymuje się hybrydę.

Logistyka 4/2013