Plastik adalah polymer, molekul dengan bentuk rantai panjang, mengulangi dirinya sendiri seperti permata-permata dalam sebuah kalung. Dalam menjadi konduktor listrik, suatu polimer harus meniru suatu logam, yaitu, elektron-elektronnya harus bebas bergerak dan tidak terikat kepada atom. Kondisi pertama untuk itu adalah polimer yang mengandung ikatan rangkapdua dan biasa dikenal dengan ikatan ganda konjugasi. Polyasetilan, dipersiapkan melalui polimerisasi hidrokarbon asetilen dengan struktur :

Bagaimanapun, struktur ini belum cukup untuk memiliki ikatan ganda konjugasi. Untuk menjadi konduktor listrik, plastik harus diganggu, antara lain dengan memindahkan dari (oksidasi ), atau memasukkan elektron ke dalam ( reduksi ) material. Proses ini dikenal sebagai doping.

Permainan yang diilustrasikan di samping kanan menunjukkan sebuah model sederhana dari suatu doping polimer. Lembaran-lembarannya tidak bisa digerakkan kecuali ada paling sedikit satu lobang kosong. Dalam polimer lembaran-lembaran tersebut adalah sebuah elektron yang melompat ke sebuah lubang lubang bergantian oleh satu dengan yang lainnya. Ini menciptakan suatu pergeseran sepanjang molekul berupa arus listrik. Model ini sangat disederhanakan.

Apa yang Heeger, MacDiarmid, dan Shirakawa telah temikan adalah bahwa sebuah film tipis dari poliasetilen bisa dioksidasi dengan uap iodin, menigkatkan konduktivitas listriknya sampai milyaran kali lipat. Penemuan sensasional ini adalah hasil dari kerja mereka yang impresif dan kerjasama yang selaras.

Bagaimana Konduktivitas polimer ditingkatkan-dan pentingnya sebuah coffee break.
Aktor utama dalam cerita ini adalah hidrokarbon poliasetilan, sebuah molekul datar dengan sudut 120 0 antara ikatannya dan hubungan yang terjadi dalam dua bentuk yang berbeda isomer cis- dan trans- poliasetilen ( bentuknya diilustrasikan di atas ).

Pada awal dekade 1970-an, kimiawan dari Jepang Shirakawa menemukan bahwa ada kemungkinan mensintesis poliasetilen dalam cara yang baru, dimana kita bisa mengontrol proporsi dari cis- dan trans- isomer dalam film hitam poliasetilen yang dimunculkan dari reaksi Vessel. Sekali-sekali oleh kesalahan dalam seribu kasus, ada terlalu banyak katalis yang ditambahkan. Dan kejutan besar bagi Shirakawa, sekali waktu itu sebuah film keperakan dihasilkan.

Shirakawa telah dirangsang oleh penemuan ini, film keperakan tersebut adalah trans-poliasetilen, dan untuk reaksi yang sama pada temperatur yang lain akan dihasilkan film warna tembaga. Film ini yang kemudian muncul kebanyakan adalah cis-poliasetilen murni.

Ketika MacDiarmid mendengar cerita tentang penemuan Shirakawa tentang polimer organik yang juga serupa dengan perak, dia mengundang Shirakawa ke Universitas Pensylvania di Philadelphia. Meraka membahas tentang metode memodifikasi poliasetilen melalui oksidasi dengan uap iodin. Shirakawa mengetahui bahwa sifat-sifat yang dimiliki kristal berubah dalam proses oksidasi dan MacDiarmid menyarankan agar mengontak Heeger untuk melihat film-film. Seorang mahasiswa Heeger mempersiapkan doping trans-poliasetilen terhadap peningkatan konduktivitas dari iodin. Dan - Eureka !!! Konduktivitas menigkat 10 juta kai. Dalam musim panas tahun 1977, Heeger MacDiarmid, Shirakawa dan rekan-rekan tim kerjanya mempublikasikan penemuan mereka dalam artikel “ Shyntesis of Electrically Conducting Organic Polymer “ : Halogen Derivatif of Polyasetilen (CH )n “ dalam jurnal Chemical Society, Chemical Communication. Sejak saat itu bidang ini berkembang dengan pesat, dan juga menumbuhkan banyak aplikasi baru. Dopping-Untuk Performance molekul yang lebih baik.

Apa yang sebetulnya terjadi dalam film poliasetilen ? Ketika kita membandingkan beberapa campuran yang mempunyai nilai konduktivitas memadai, kita dapat melihat bahwa konduktivitas-konduktivitas dari polimer sangat bervariasi. Konduktivitas poliasetilen terdoping adalah, misalnya, sebanding dengan konduktor yang baik seperti tembaga dan perak.

Sebuah metal megalirkan arus listrik karena elektron-elektron di dalammya bebas bergerak. Bagaimana kemudian kita menjelaskan konduktivitas dari polimer terdoping ? Ketika menjelaskan molekul polimer kita membahasakan antara ikatan s dan ikatan p. ikatan s diam dan tidak dapat bergerak . Mereka membangun ikatan kovalen antara atom-atom karbon. Elektron p dalam sistem konjugasi ikatan ganda relatif terisolir, walaupun tidak sekuat ikatan elektron s.
Sebelum suatu arus bisa mengalir sepanjang molekul, satu atau lebih elektron harus dipindahkan atau dimasukkan. Bila kemudian medan listrik dihidupkan, elektron dalam ikatan p bisa bergerak dengan cepat sepanjang rantai molekul. Konduktivitas dari material pastik, yang terdiri atas banyak rantai polimer, akan dibatasi oleh kenyataan bahwa elektron-elektron harus “ melompat” dari satu molekul ke molekul selanjutnya. seperti telah disebutkan di atas, ada dua tipe doping, oksidasi dan reduksi. Dalam kasus poliasetilen reaksi-reaksi ditulis sebagai berikut :
Oksidasi dengan halogen (p-doping): [CH]n + 3x/2 I2 —> [CH]nx+ + x I3- Reduksi dengan logam alkali (n-doping): [CH]n + x Na —> [CH]nx- + x Na+
polimer terdoping adalah sebuah garam. Bagaimanapun, bukanlah ion Iodin atau ion Natrium yang bergerak untuk menimbulkan arus, namun elektron-elektron dari konjugasi ikatan-ikatan rangkap. Selebihnya, apabila sebuah medan listrik yang cukup kuat dialirkan, ion-ion Iodida dan ion-ion Natrium dapat dipindahkan dari polimer. Ini diartikan bahwa doping elektron dapat dikontrol dan konduktivitas polimer dapat dengan mudah ditingkatkan.
Polaron- Rantai karbon Terdoping langkah pertama dari reaksi di atas, oksidasi molekul-molekul Iodin menarik sebuah elektron dari rantai poliasetilen dan menjadi I3-. Molekul poliasetilen sekarang bermuatan positif. menjadi kation radikal atau polaron. Elektron penyendiri dari ikatan rangkap, dari sebuah elektron yang telah berpindah, dapat dengan mudah bergerak. Sebagai kondensasi, ikatan rangkap dengan sukses bergerak sepanjang molekul. Muatan positif, di sisi lain, terikat oleh tarikan elektrostatik ke ion Iodida, yang mana tidak bergerak dengan sigap. Bila rantai poliasetilen dioksidasi dengan berat, polaron terkondensasi disebut soliton. Soliton ini kemudian menjadi responsif, dalam cara yang kompleks, untuk transport muatan sepanjang rantai polimer, sebagaimana dari rantai ke rantai pada skala makroskopik.

Aplikasi yang Brillian Logam yang menghantarkan listrik dapat dibuat bersinar ketika arus yang cuku kuat dilewatkan. Polimer juga dapat dibuat menjadi bersinar, namun oleh prinsip kerja yang lain, disebut “ elektrolumenesensi “ yang mana digunakan dalam fotodioda. Fotodioda ini dalam prinsipnya lebih mampu menyimpan energi dan meneruskan sedikit panas dibanding Light Bulbs.

Dalam “ elektroluminesensi “, cahaya diemisikan dari suatu lapis tipis polimer ketika dieksitasi oleh suatu medan Listrik.
Dalam fotodioda semikonduktor anorganik seperti Galium fosfida yang digunakan sejak dahulu secara tradisional, namun sekarang satu lagi juga bisa digunakan, semikonduktor polimer.
“ Elektroluminesensi “ dari polimer semikonduktif sudah dikenal paling tidak selama 10 tahun. Sekarang digunakan secara komersial dalam fotodioda dan dalam light-emiting diodes ( LEDs ). Suatu LED bisa mengandung polimer

konduktif seperti elektrode di satu sisi, kemudian di tengah polimer semikonduktif, di sisi lainnya yang terakhir, foil logam tipis seperti elektrode. Ketika sebuah tegangan tinggi dihidupkan di antara elektrode-elektrode, polimer semikonduktif akan mulai memancarkan sinarnya. Ada banyak aplikasi-aplikasi pada plastik yang brillian ini. Dalam beberapa tahun saja, sebagai contoh, layar-layar televisi datar berbasis LED akan menjadi kenyataan, menyusul rambu-rambu lalu-lintas lumonesense dan papan-papan informasi. Sejak relatif mudahnya memproduksi secara besar-besaran, lapis tipis, juga bisa dibayangkan wallpaper yang memancarkan cahaya di dalam rumah kita, dan benda-benda spektakuler lainnya.
Dengan Plastik Menuju Masa Depan. Dalam abad ke-20 kita memiliki telefon Bakelite, stocking dari nillon, tas dari poliethena dan ribuan benda plastik lain. Apa yang kita tawarkan bagi abad baru kita ? Mungkin kita akan menggunakan plastik-plastik dengan cara berbeda dibanding sekarang. Satu alasan bagi potensi polimer konduktif dan semikonduktif untuk dikomersialkan secara besar-besaran adalah bahwa mereka mampu diproduksi dengan cepat dan murah. Komponen-komponen yang berbasis pada polimer, dan IC berbasis polimer , akan segera menemukan tempat mereka di hati para pengguna produk-produk itu di mana rendahnya biaya pemrosesan lebih penting dibanding kecepatan produksi yang tinggi. Langkah dari benda-benda elektronik berbasis polimer menuju benda-benda elektronik skala molekuler masih cukup lebar. IC molekuler bisa direduksi ke ukuran berapapun sesuai pesanan, dan bisa jauh lebih kecil dibandingkan IC berbasis Silikon. Bersamaan dengan banyaknya tantangan yang membentang, kita sedang berdiri pada sebuah revolusi elektronik yang mengandung implikasi-implikasi pada bidang Kimia dan Fisika.

disarikan dari Noble lectures Noble e-meuseum Andheri