در تقویت الکتروشیمیایی، الکترون­های الکترود­ها عوامل اکسنده و کاهنده اند:
P + e^-→ P^-
P– e^-→ P⁺
در این­جا باید به این نکته توجه کرد که تقویت با بهره گرفتن از الکترود­ها صورت می­گیرد، اما عوامل تقویت کننده به عنوان یون مخالف، خنثی بودن الکتریکی پلیمر را تامین می­ کنند.
این نوع تقویت هم با بهره گرفتن از الکترولیت مایع و هم با بهره گرفتن از الکترولیت جامد انجام می­گیرد و به ولتاژ حساس است و با کنترل این عوامل می­توان به رسانایی دلخواه در پلیمر رسید.
۲-۳-۵- برگشت­پذیری
هرچند برگشت­پذیری تقویت پلیمر­های رسانا بسیار مورد بحث بوده است و دانشمندان نظرات ضد و نقیضی در این مورد داشته اند، اما آن­چه امروزه پس از بررسی­های فراوان پذیرفته شده است این است که تقویت یک پدیده برگشت­پذیر است. این پدیده که به عنوان تخریب پلیمر­های مزدوج تقویت شده شناخته می­ شود و به مفهوم کاهش رسانایی این پلیمر­هاست موضوعی است که باید بررسی شود تا در مواردی از آن جلوگیری و در موارد دیگر از آن استفاده کرد. برگشت­پذیری به عوامل محیطی، ساختار پلیمر و … وابسته است[۱۱].
۲-۴- روش­های تهیه پلیمر­های رسانا
روش ثابتی برای تهیه پلیمر­های آلی که می­توانند به پلیمر­های رسانا تبدیل شوند نمی­ توان پیشنهاد کرد. به طور کلی پلیمر­های رسانا را می­توان با هر یک از روش­های پلیمر شدن شیمیایی، پلیمرشدن فوتوشیمیایی، پلیمر شدن امولسیونی تغلیظ شده، پلیمر شدن حالت جامد، پلیمر شدن پلاسمایی و پیرولیز تهیه نمود[۵]. از میان روش­های مذکور، پلیمر شدن شیمیایی و الکتروپلیمر شدن توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است.

۲-۴-۱- پلیمر شدن شیمیایی
پلیمر شدن شیمیایی مونومر­های پلیمر­های رسانا توسط اکسیدان­های شیمیایی نسبتاً قوی نظیر آمونیوم­پرسولفات (APS) یون­های فریک، آنیون­های پرمنگنات یا بی­کرومات و یا هیدروژن­پراکساید صورت می­گیرد. این اکسیدان­ها، توانایی اکسید کردن مونومر­ها را در یک محلول مناسب و تشکیل رادیکال کاتیون­های فعال شیمیایی از مونومر­های مورد استفاده را دارند. رادیکال کاتیون­های تشکیل شده، با مولکول­های مونومر واکنش داده و تشکیل الیگومر­ها و یا پلیمر­های نامحلول می­ دهند. پلیمر شدن شیمیایی در کل محلول رخ می­دهد و پلیمر­های حاصل به صورت جامدات نامحلول رسوب می­ کنند. البته برخی از پلیمر­های رسانای الکتریکی را می­توان به روش پلیمر شدن شیمیایی بر روی سطح مواد مختلف که در محلول فرو برده شده ­اند نشاند که در این حالت نیز مقداری پلیمر در خود محلول رسوب می­ کند. لذا در حالتی که نیاز به پوشش­دهی است، باید میزان پلیمر رسوب کننده در خود محلول را کاهش داد. با تنظیم غلظت محلول و اجزای آن، نسبت غلظت اکسیدان به مونومر، دمای واکنش، عملیات مناسب سطح مورد نظر برای پوشش، می توان به این مهم دست یافت. با این حال در این حالت نیز، پلیمر شدن در کل محلول به طور کامل متوقف نخواهد شد.
پلیمر شدن شیمیایی را مستقیماً نیز می­توان بر روی سطح مورد نظر انجام داد. برای این کار سطح مورد نظر برای پوشش­دهی توسط مونومر و یا ماده اکسیدان غنی می شود^[۴۸][۱۲]. پس از آن به ترتیب با محلول اکسیدان و مونومر واکنش داده می­ شود. مزیت این روش انجام پلیمر شدن به طور کامل بر روی سطح مورد نظر است و در درون خود محلول پلیمر شدنی صورت نمی­گیرد. در این روش سطح مورد نظر توسط مونومر به وسیله جذب از محلول و یا توسط اکسیدان به وسیله مکانیزم تبادل یونی و یا با لایه نشانی یک لایه نامحلول اکسیدان پوشیده می­ شود. عیب این روش محدودیت موادی است که می­توان با لایه­ای از مونومر یا اکسیدان در مرحله­ ای جداگانه پیش از پلیمر شدن پوشش داد یا غنی کرد. علاوه بر این، پوشش تهیه شده در این روش، یکنواخت و با ضخامت یکسان در تمامی نقاط نخواهد بود. لذا روش کنترل شده­تری برای تهیه پوشش مورد نیاز است[۵].
۲-۴-۲-پلیمرشدن الکتروشیمیایی
پلیمرشدن الکتروشیمیایی و یا به عبارتی الکتروپلیمرشدن، یکی از روش­های اساسی در تهیه پلیمر­های رسانای الکتریکی است. اولین گزارش در زمینه الکتروپلیمرشدن، اکسیدشدن پیرول در سطح الکترود پلاتین در حضور الکترولیت کمکی و تهیه یک فیلم رسانای الکتریکی در سال ۱۹۶۸ ارائه شده است. پس از آن بسیاری از پلیمر­های دیگر سیستم­های آروماتیک به طور مشابه الکتروپلیمریزه شده ­اند. از آن جمله می­توان به تیوفن، فوران، کربازول، آنیلین، فنول و… اشاره کرد[۱۴].
تفاوت روش الکتروپلیمرشدن با پلیمرشدن شیمیایی، در استفاده از الکترود و جریان الکتریکی برای فرایند پلیمرشدن است. در این روش با عبور جریان الکتریکی بین دو الکترود که درون محلول مونومر و یک الکترولیت کمکی به عنوان ماده تقویت کننده قرار دارد، پلیمر بر روی سطح الکترود تشکیل می­ شود. الکتروپلیمرشدن را می­توان در سلول­های تک قسمتی^[۴۹] و یا دو قسمتی و با بهره گرفتن از دو الکترود و یا سیستم سه الکترودی انجام داد. الکتروپلیمر شدن را با تکنیک­های مختلفی نظیر گالوانواستاتیک^[۵۰] (با جریان ثابت)، پتانسیواستاتیک^[۵۱] (با ولتاژ ثابت)، روش­های پالسی (نظیر پتانسیو استاتیک پالسی)، ولتامتری چرخه­ای و … می­توان انجام داد. شرایط پتانسیواستاتیک برای تهیه فیلم­های نازک و شرایط گالوانواستاتیک برای تهیه فیلم­های ضخیم پیشنهاد می­ شود[۹].
این در حالی است که از ولتامتری چرخه­ای، بیشتر برای بررسی مکانیزم پلیمرشدن و ارزیابی مشخصات فیلم پلیمری حاصل استفاده می­ شود. علت توجه زیاد به روش الکتروپلیمرشدن را می­توان مواردی نظیر سادگی روش، تهیه پوشش یکنواخت و پیوسته، انجام فرایند تقویت پلیمر هم­زمان با فرایند ایجاد پلیمر، انتخاب گسترده­تر کاتیون­ها و آنیون­ها به عنوان یون­های تقویت­کننده دانست. همچنین ایجاد ضخامت مورد نیاز پوشش و یا فیلم، تغییر و کنترل خواص پلیمر تشکیل شده با کنترل پارامتر­هایی نظیر چگالی جریان، غلظت و نوع مونومر، امکان آنالیز و دیده­بانی فرایند تهیه پلیمر به طور هم­زمان از دیگر ویژگی­های جالب الکتروپلیمرشدن است. در نهایت به انجام فرایند پلیمرشدن و پوشش­دهی در یک مرحله و در نتیجه صرفه­جویی در انرژی و امکان اتوماسیون فرایند، امکان استفاده از محلول­های آبی و در نتیجه سهولت و کاهش هزینه­ های دفع مواد اضافی می­توان اشاره کرد[۱۵].
در فصل آینده درباره الکتروپلیمرشدن شیمیایی، مکانیزم الکتروپلیمرشدن و عوامل موثر بر آن با محوریت تیوفن به تفصیل بحث خواهد شد.
۲-۵- رسانایی پلیمر­های رسانا
رسانایی الکتریکی به انتقال بار از یک محیط الکتریکی به انتقال بار از یک محیط تحت تاثیر میدان الکتریکی و یا شیب حرارتی گفته می­ شود. این رسانایی به تعداد عوامل انتقال بار و میزان تحرک آن­ها نیز بستگی دارد[۵ و۸].
(۲-۱)
در رابطه ۲-۱ e بار الکتریکی، µ تحرک وn تعداد الکترون­هاست و رسانایی با نماد σ نشان داده شده است. رسانایی به صورت عکس مقاومت ویژه ρ نیز در رابطه ۲-۲ تعریف می­ شود:
(۲-۲)
در این رابطه R مقاومت در مقابل عبور جریان الکتریکی است و l طول رسانا و A سطح مقطع آن است و ρ مقاومت ویژه است که مستقل از ولتاژ، جریان یا شکل رسانا است و تنها به جنس خود ماده بستگی دارد. ρ دارای واحد m Ω است و واحد رسانایی ^۱-m ^۱-Ω است. ^۱-Ω را با نمادS (زیمنس) نیز نشان می­ دهند، پس واحد رسانایی Sm^-1 است و بر این اساس رسانایی مواد مختلف با هم مقایسه می­شوند[۸].
مواد از نظر توانایی رسانش الکتریسته به سه دسته تقسیم می­شوند: رسانا­ها، نیم­رسانا­ها، عایق­ها.
در شکل ۲-۳ رسانایی مواد مختلف باهم مقایسه شده است.

شکل ۲-۳ مقایسه رسانایی مواد مختلف[۸].
در شکل رسانایی مواد از عایق­ترین مواد شناخته شده در جهان (کوارتز) تا رسانا­ترین فلزات مقایسه شده ­اند. رسانایی کوارتز ^۱۶-۱۰ زیمنس بر متر است و با حرکت به سمت راست رسانایی افزایش می­یابد. نیمه­رسانا­هایی مثل سیلیکون و ژرمانیوم در میانه این گستره قرار دارند و رسانایی نقره و مس در حدود ۱۰^۸ زیمنس بر متر است. پلیمر­های رسانا نخست در دسته عایق­ها قرار دارند. اما با تقویت می­توان رسانایی آن­ها را تا نیمه­رسانا­ها و حتی تا محدوده فلزات بالا برد.

شکل ۲-۴ رسانایی پلیمر­های رسانای مختلف با مس مقایسه شده است[۱۶].
رسانایی الکتریکی براساس نظریه کلاسیک نوار توضیح داده می­ شود. این نظریه رفتار فلزات، نیمه رساناها و مواد نارسانا را توجیه می­ کند. پرسشی که در این­جا مطرح است این است که آیا این نظریه توانایی توضیح رسانایی در پلیمر­های رسانا را دارد یا خیر. برای پاسخ به این پرسش به بررسی اجمالی این نظریه پرداخته خواهد شد.
۲-۵-۱-نظریه نوار
چنان­که می­دانیم در همه مولکول­ها در اثر تداخل اوربیتال­های اتمی و تشکیل اوربیتال­های مولکولی دو نوار انرژی^[۵۲] به وجود می ­آید که به آن­ها نوار ظرفیت^[۵۳] یا نوار والانس و نوار هدایت^[۵۴] یا رسانایی می­گویند. نوار ظرفیت در اثر تداخل اوربیتال­های پر شده و نوار هدایت در اثر تداخل اوربیتال­های پر نشده به وجود می ­آید. به اختلاف انرژی که بین نوار ظرفیت و نوار هدایت وجود دارد، شکاف انرژی^[۵۵] یا شکاف نواری^[۵۶] می­گویند. این شکاف برای فلزات بسیار کوچک یا صفر است و به همین دلیل در فلزات الکترون­ها به راحتی از نوار هدایت به نوار ظرفیت می­روند و فلزات می­توانند رسانا­های خوبی باشند[۸ و۱۷].
در نیمه رسانا­ها شکاف باریکی وجود دارد. رسانایی نیمه رسانا­ها با افزایش دما افزایش می­یابد، چون الکترون­ها انرژی لازم برای پیمودن شکاف نواری را بدست می­آورند. در نارسانا­ها این شکاف بسیار پهن است و امکان این­که الکترونی انرژی لازم برای پیمودن شکاف نواری را کسب کند ضعیف است[۱۷].این نوار­ها در شکل ۲-۵ نشان داده شده اند.
شکل ۲-۵ نوارهای انرژی در رسانا­ها، نیمه­رسانا­ها و نارسانا­ها[۸].
اکنون پلیمر­های رسانا را از دیدگاه نظریه نوار بررسی می­کنیم. شکل ۲-۶ a,b یک زنجیر خنثی را نشان می­دهد و در شکل c یک سولیتون^[۵۷](یک زنجیر پلیمر رادیکالی) مشاهده می شود .چنان­که دیده می­ شود در زنجیر خنثی همه پیوند­های دوگانه در یک جهت قرار دارند، اما در سولیتون که یک رادیکال است جهت پیوند­ها در دو سمت تک الکترون متفاوت است. سولیتون­ها به علل متفاوتی به وجود می­آیند که از آن جمله می­توان به وجود نقص در زنجیر پلیمری و یا اتصال زنجیر از دو سمت به یکدیگر اشاره کرد و گاهی نیز سولیتون­ها خود ناشی از عمل تقویت هستند[۱۸].
شکل ۲-۶ تغییرات زنجیر پلیمر در اثر تقویت[۱۸].
در شکل d در اثر اکسایش، یک الکترون از سولیتون جدا می­ شود، این الکترون از آخرین اوربیتال اشغال شده^[۵۸] (HOMO) جدا می­ شود و این اوربیتال خالی می­ شود در نتیجه نوار هدایت کمی پهن­تر می­ شود، که جا­به­جایی الکترون در شکاف نواری را کمی ساده­تر می­ کند. در شکل e در اثر تقویت یک الکترون­دهنده یک الکترون به سولیتون می دهد و این الکترون در اوربیتال نیمه­پر قبلی قرار می­گیرد، این اوربیتال تکمیل می­ شود و نوار ظرفیت را کمی پهن­تر می­ کند یا شکاف نواری کوچک­تر می­ شود. در شکل f زنجیر خنثی در اثر اکسایش الکترون خود را از دست می­دهد و یک الکترون از HOMO خارج می­ شود و در شکلg یک الکترون در اولین اوربیتال اشغال نشده^[۵۹] (LUMO) قرار می گیرد و این بار نوار ظرفیت پهن­تر می­ شود. شکل ۲-۷ این رخداد­ها را از دیدگاه شکاف­های نواری بررسی می­ کند[۱۸].
شکل ۲-۷ در اثر تقویت شکاف نواری باریک­تر می­ شود[۱۸].
بنابراین اکسایش و کاهش زنجیر پلیمر شکاف نواری را باریک­تر می­ کند و یا یک شکاف حد واسط^[۶۰] ایجاد می­ کند که جا­به­جایی الکترون را آسان­تر می­ کند. این نظریه مسائلی از این دست که چرا تقویت باعث افزایش رسانایی می­ شود را به خوبی توجیه می­ کند، اما نقص­هایی هم دارد.
در نظریه نوار اجزای انتقال بار، دارای اسپین هستند، اما در مواد آلی رسانا نظیر پلی­استیلن و پلی­پیرول نظریه نوار نمی تواند علت نداشتن اسپین اجزای انتقال بار (الکترون­ها یا حفره­ها) را توضیح کند. برای توضیح انتقال بار نظریه جدیدی در این زمینه به وجود آمد.
۲-۵-۲- مکانیزم رسانایی پلیمر­های رسانا
هنگامی که در فرایند تقویت کردن پلیمر، یک الکترون از زنجیره پلیمری جدا می­ شود، یک رادیکال کاتیون ایجاد می­ شود که دارای اسپین است و پلارون نام دارد. پلارون قابلیت حرکت بر روی تعدادی مونومر را دارد. علت نامگذاری پلارون پلاریزه شدن محیط اطراف این رادیکال کاتیون به منظور پایداری است. این پلاریزه شدن باعث ایجاد یک سطح تهییج شده الکترونیکی می­گردد و لذا سطح انرژی موضعی را از میزان نوار ظرفیت افزایش داده و به درون شکاف نواری می­رساند. حال چنان­چه الکترون دیگری از پلیمر توسط توسط فرایند تقویت کردن خارج شود، می ­تواند یک پلارون دیگر ایجاد کند و یا اگر از پلارون قبلی الکترون دیگری گرفته شود؛ یک بای­پلارون ایجاد می­ شود. بای­پلارون یک عامل بدون اسپین است. تشکیل این عامل انتقال بار بدون اسپین می ­تواند فقدان اسپین مشاهده شده در نیمه­رسانا­ها را نیز توضیح دهد. پلارون­ها نسبت به بای­پلارون­ها ناپایدارتر­ند و لذا تمایل به سطوح تقویت بالاتری دارند. با وجود این برخی از خواص ناشی از حضور اسپین هنوز در پلیمر باقی می­ماند که علت آن حضور پلارون­های به دام افتاده در عیوب شبکه و یا تجزیه گرمایی بای­پلارون­ها­ست. با افزایش میزان تقویت، سطوح انرژی بای­پلارون می ­تواند نوار­هایی درون نوار تشکیل دهند و لذا رسانایی تسهیل می­ شود[۵ و ۱۶](شکل۲-۸).

شکل ۲-۸ ایجاد نوارهای حد واسط در شکاف نواری پلیمر­ها[۱۶].
۲-۶-کاربرد پلیمر­های رسانا
کاربرد­ پلیمر­های رسانا در صنایع و نقش انکارناپذیر این مواد در زندگی امروزی چنان­که گفته شد، گسترده­تر از آن است که مجال بحث در مورد یکایک آن­ها در این­جا فراهم باشد. به پاره­ای از مهم­ترین کاربرد­های این مواد اشاره می­ شود:
۲-۶-۱-باتری­های با قابلیت شارژ مجدد^[۶۱]: از پلی­پیرول، پلی­استیلن و …در ساخت این باتری­ها استفاده می­ شود و این باتری­ها در رایانه­های همراه، گوشی­های تلفن همراه و … کاربرد دارند. باتری­های قابل شارژ ساخته شده از این مواد نسبت به باتری­های لیتیومی موجود در بازار عمر طولانی­تر، وزن کمتر و رسانایی بالا­تر دارند و در برابر شارژ بیش از حد و نشت مواد شیمیایی مقاوم هستند[۱۹].
۲-۶-۲- وسایل الکتروکرومیک: وجود یک چرخه برگشت­پذیر بین عایق و رسانا و همچنین تفاوت رنگ در حالت عایق و رسانا این مواد را مناسب برای کاربرد در انواع نمایشگر­ها و تابلو­های اعلام کرده است[۱۹].
۲-۶-۳- کاربرد­های پزشکی: استفاده از پلیمر­های مزدوج در پزشکی بسیار گسترده و رو به افزایش است. از این دسته کاربردهای جالب می­توان به ماهیچه­های مصنوعی، عصب مصنوعی، غشای زیست­پزشکی و کنترل رهایش دارو اشاره کرد[۲۰و۲۲].
۲-۶-۴- حسگر­ها: انواع حسگر­های گازی و زیست حسگر­ها با کاربرد­های متنوع با بهره گرفتن از انواع پلیمر­های رسانا ساخته شده است. به عنوان مثال این حسگر­ها در تشخیص مواد سمی و خطرناک برای انسان در کارخانه­ها، انبارها، معادن و … به کار می­روند.کاربرد وسیع این حسگر­ها باعث شده است که تلاش­ های زیادی برای بهبود عملکرد حسگر­های ساخته شده از این مواد صورت گیرد. حسگر­هایی ساخته شده ­اند که به غلظت­های در حد ppb حساس هستند[۲۱].