Polymer cách điện và polymer dẫn
điện
Polymer, trong từ ngữ thông thường còn được gọi là nhựa, chất
dẻo hay plastic. Polymer có tên khoa học là "chất trùng hợp" và
còn được gọi theo từ Hán Việt là "cao phân tử" từ chữ Nhật
"kobunshi". Nó hiện hữu khắp nơi, trong ta, xung quanh ta.
Polymer là những mạch phân tử gồm hàng nghìn, chục
nghìn phân tử đơn vị (gọi là monomer) kết hợp lại giống như
những mắt xích. Mỗi phân tử đơn vị là một mắt xích. Cao su,
cellulose trong thân cây, protein trong sinh vật, thực vật là
những polymer thiên nhiên. Vào những năm hai mươi của thế kỷ
trước, các nhà hóa học biết cách tổng hợp và sản xuất những
polymer nhân tạo hay là plastic. Các loại polymer ngày nay
trở thành những vật liệu hữu dụng, cực kỳ quan trọng không thể
thiếu trong cuộc sống hiện đại. Thử nhìn xung quanh, ta có tơ
sợi làm nên vải vóc, chai nước ngọt, keo dán, bao nhựa, thùng
chứa nước, vỏ máy tivi, bàn phiếm máy vi tính v.v... Tất cả đều
là polymer. Polymer cũng hiện diện trong các áp dụng cho công
nghệ xây cất hoặc công nghệ cao, những địa hạt đòi hỏi vật liệu
nhẹ có độ bền và độ dai cao hoặc làm chất nền cho các
composite tiên tiến (advanced composite) để làm thân tàu thủy
và máy bay. Nếu A là đơn vị phân tử, phản ứng trùng hợp
(polymerization) sẽ cho ra một "xích" polymer có dạng
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
Trong đó hàng nghìn, hàng chục nghìn đơn vị A được nối lại với
nhau bằng nối hóa học. Nếu A là phân tử ethylene thì ta có
polyethylene; propylene thì polymer sẽ là polypropylene v.v...
Ngoài ra, các nhà hóa học còn có thể tạo ra những phản ứng
trùng hợp giữa hai monomer A và B để tổng hợp copolymer có
mạch phân tử chứa A và B. Tùy vào điều kiện phản ứng, A và B
có thể liên kết một cách hỗn loạn (random),
AAABABBABABBBAABABBBBAABBBAB
hoặc theo một thứ tự nhất định,
ABABABABABABABABABABABAB
hoặc theo từng mảng,
AAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAAAAAAABBBBBB
hoặc AAAAAAAAAAAA là thân polymer và BBBBBB là
nhánh, như thân cây và nhánh cây. Đương nhiên, những cấu trúc
phân tử này đưa đến những tính chất vật lý (physical properties)
và cơ tính (mechanical properties) khác nhau. Các nhà hóa tổng
hợp có thể thiết kế các copolymer với nhiều cấu trúc khác
nhau đáp ứng với những đòi hỏi cho từng ứng dụng.
Polyethylene (PE) là một polymer đơn giản nhất, nguyên liệu
chính làm những túi nhựa gia dụng và có lẽ là một vật liệu
thường thấy trong cuộc sống hằng ngày. PE có cấu trúc như sau,
Hình 1.1 : Cấu trúc polyethylene
Một đặc tính chung quan trọng của polymer là không dẫn điện.
Thật vậy, polymer thường được dùng làm vật cách điện rất hữu
hiệu. Chẳng hạn như poly(vinylchloride) (PVC), PE là vật liệu
được dùng để bọc lõi dây điện, và còn rất nhiều polymer thông
dụng khác được sử dụng vì tính cách điện của nó. Trong ý nghĩa
polymer/plastic là một chất cách điện, thuật ngữ "polymer dẫn
điện" có thể làm người đọc ngỡ ngàng đến độ buồn cười vì nó
vượt qua ngoài sự tưởng tượng trong những sinh hoạt thông
thường