导电高分子材料聚吡咯的研究进展
导电高分子材料聚吡咯的研究进展
--《化学推进剂与高分子材料》2008年01期
对国内外近几十年来在聚吡咯结构、导电机理、制备方法及其性能改进方面的研究进行了综述,提出了今后研究思路。
【作者单位】：郑州大学化学系河南郑州450001
【关键词】：聚吡咯;导电性;掺杂
导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域，在化学电源的电极材料、修饰电极和酶电极、电色显示等方面有着广阔的应用前景，其中具有共轭双键的导电高分子聚吡咯由于合成方便、抗氧化性能好，与其他导电高分子相比，因具有电导率较高、易成膜、柔软、无毒等优点而日益受到人们关注。
1 PPy的掺杂机理与链结构
聚吡咯(polypyrrole,PPy)，一种具有广泛应用前景的导电高分子材料。吡咯(Py)单体在氧化剂的存在下能比较迅速地氧化聚合成PPy，但纯PPy即不经过掺杂时其导电性较差，只有经过合适掺杂剂掺杂后才能表现出较好的导电性。所谓掺杂就是在共轭聚合物上引入第二组分的掺杂剂，PPy常用的掺杂剂有金属盐类如FeCl3，齿素如I2、Br2，质子酸如H2SO4及路易斯酸如BF3等。不同种类的掺杂剂对PPy掺杂以形成高导电性的机理不同，一般分为电荷转移机理和质子酸机理。
1.1 电荷转移机理
大部分具有氧化性的掺杂剂，其掺杂过程可以用电荷转移机理来解释。按此机理掺杂时，聚合物链给出电子，掺杂剂被还原成掺杂剂离子，然后此离子与聚合物链形成复合物以保持电中性。这种复合物称为给体(D)和受体(A)复合物，其形成过程可用式(1)表示：
D+A1Dδ+……Aδ-1D+……A- (1)
由于复合物的电导率比单独的给体或受体的电导率都高很多，因此掺杂后共轭聚合物的电导率显著提高。
E.T.Kang等人在室温下于水溶液中制备PPy-I2复合物，用紫外光谱、红外光谱及差热分析等手段表征了复合物的结构，碘在复合体系中以I-、I3-及I5-等形式存在，同时也存在少量游离的I2。研究表明：掺杂剂的各种存在形式在外界条件变化时将发生变化。游离的I2因时间的延长或介质(如酸、碱、空气)等的作用将不断往体系外转移，因此导电聚合物经长时间放置后会出现电导率下降以致消失的现象。在以金属盐类为氧化剂制备PPy的反应中，其阴离子如FeCl3中的Cl-往往可直接成为聚吡咯的掺杂剂。据文献[3]报道，以FeCl3为氧化剂制备PPy，反应按式(2)进行，并通过电荷转移形成复合物。
此时PPy的链结构即为一般的氧化掺杂结构，如图1(a)略。
1.2 质子酸机理
对以质子酸或一些非氧化性路易斯酸为掺杂剂的掺杂，其过程一般按质子酸机理进行。所谓质子酸机理，即高聚物链与掺杂剂之间无电子的迁移，而是掺杂剂的质子附加于主链的碳原子上，质子所带电荷在一段共轭链上延展开来，如式(3)略所示。
但是，并非所有的质子酸掺杂剂都按质子酸机理进行掺杂。如有的掺杂后经XPS及SEM 等方法证明，它是按电荷转移机理进行掺杂的。因此，对于一些有较强氧化性的质子酸掺杂是否一定是质子酸机理，尚待进一步证明。质子酸机理下PPy的链结构即为质子酸掺杂结构(见图1b)，这种结构是在吡咯单元的β-C上发生质子化，质子所带的正电荷转移到聚吡咯主链上并伴随对阴离子掺杂。根据还原态吸收光谱，推算出的共轭链长度为4-5个吡咯单元。
2 PPy的制备及其影响电导率的因素
目前，PPy导电高分子材料的制备主要有2种方法：电化学合成法和化学氧化法。其中，化学氧化法得到的一般为粉末样品，而电化学合成法则可直接得到导电PPy薄膜。
2.1 电化学合成法
电化学合成法是通过控制电化学氧化聚合条件(含吡咯单体的电解液、支持电解质和溶剂、聚合电位、电流和温度等)，在电极上沉积为导电PPy薄膜。进行电化学聚合的电极可以是各种惰性金属电极(如铂、金、不锈钢、镍等)及导电玻璃、石墨和玻炭电极等。中科院有机固体重点实验室李永舫在吡咯的电化学聚合条件的研究中取得了重要成果，主要有①使用非离子表面活性剂添加剂，在水溶液中电化学聚合制备出表面非常光滑，高电导和高力学强度的导电PPy薄膜。其中使用非离子表面活性剂OP10作为添加剂，制备的PPy膜拉伸、强度达127MPa，迄今仍为PPy力学强度文献报道的最高值。②研究了电解液溶剂对电化学聚合过程的影响，发现溶剂给电子性(DN)越低，得到的PPy膜电导和力学强度越好。吡咯聚合电解液所用溶剂的DN值应在20以下。③制备出珊瑚形貌的导电聚吡咯纳米线以及纳米线网格结构，这种聚吡咯的粉末压片电导达到43S/cm。对于电化学合成法制备的PPy，影响其导电性的因素主要有掺杂剂、介质的选择、反应体系的理化性质等。
2.1.1 掺杂剂
许多实验表明，掺杂剂对PPy的电导率有显著影响。为提高PPy的电导率，Masuda等人对不同类型的烷基苯磺酸盐进行了深入研究，以p-甲苯磺酸钠(PTS)、苯磺酸钠、4-乙烷基苯磺酸钠、4-N-辛基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠(钾)、1,3，3-三甲基苯磺酸钠、m-二甲苯-4-磺酸钠以及四乙铵-p-甲基苯磺酸盐等为掺杂剂，在其水溶液中通入电流，结果发现当吡咯单体和电解液的浓度分别为0.2和0.3mol/L，温度为0℃，电流密度为0.3mA/cm2时，使用PTS得到的PPy电导率最高，而且一个月内电导率基本无改变。
2.1.2 介质的选择
为提高PPy膜的电导率和增强其环境稳定性，许多学者采用改变溶剂的方法。徐友龙等
人讨论了组分对PPy膜电气性能的影响，采用亲核性强的1,2-丙二醇碳酸酯(PC)和亲核性稍弱的乙腈(AN)混合溶剂配置支撑电解液，既可合成出具有较高电导率的PPy膜，又可适当抑制由于吡咯单体的质子化作用而引起的电解液老化。
2.1.3 反应体系的理化性质
除上述因素外，反应体系的理化性质，包括反应温度、pH值、电压、电流密度等对PPy 的导电性也有不同程度的影响。大量研究表明，随反应温度提高PPy的导电率反而下降。对于pH值的影响，Barisci等人通过实验得出，无论是人为增加反应体系的pH值，还是在聚合反应过程中由于反应产生的羟基在阴极附近的积累而导致pH值的升高，都能使PPy膜的电导率下降。这是因为羟基与电聚合产生的低聚物残基发生反应，降低聚合物的结合强度，从而使电导率下降。电压对PPy膜合成的影响机理是首先在高于吡咯单体氧化电位的外加电场作用下，吡咯单体在电极表面氧化为自由基，在阳极表面，单体阳离子自由基浓度较大，自由基之间偶合成二聚体，此时由于电负性较强的N原子上存在孤对电子，因而部分吡咯单体将结合成质子，为了维持电中性，将阴离子也掺入到PPy 链中，生成对阴离子-聚合物复合体，二聚体被氧化成自由基，再聚合成四聚体，同时释放出质子，这样经过一连串的氧化-偶合过程，聚合度逐渐增大，从而形成掺杂了质子和对阴离子的PPy膜；最后是溶剂中的水分子进攻PPy链末端的自由基，形成C=O键，终止链反应。电流密度对PPy导电性的影响比较复杂。
2.2 化学氧化法
化学氧化法是在一定的反应介质中加入特定的氧化剂，使得单体在反应中直接生成聚合物并同时完成掺杂过程，此处的掺杂与电化学的掺杂不同，因为其中加入了第2种物质，并且该物质进入了聚合物的主链，对聚合物的电性能产生了非常重要的影响。通常使用的氧化剂有(NH4)2S2O8、H2O2和Fe3+、Cu2+、Cr6+、Ce4+、Ru3+和Mn7+等离子的盐溶液，需要根据反应体系来选择氧化剂的类型。表面活性剂的加入除可提高PPy的导电性，还可增加PPy的产量。聚合反应的主要影响因素一般为氧化剂体系，除表面活性剂外，反应时间、反应温度及反应制备工艺都会影响聚合物的导电性。由于PPy具有吸水性，因此在制备产品时除去其中残余的水分也是非常必要的。
3 聚吡咯的性能改进
吡咯单体的α位和β位具有相似的聚合能力，聚合过程中极易交联形成颗粒状聚吡咯，因此，一般制得的产品为不溶不熔且不易加工成型的粉末，机械延展性较差，限制了它的开发应用。为此，人们对导电聚吡咯的制备及其性能的改进进行了深入研究，希望改变其原来不溶不熔的性质或使其导电及力学性能等有所改进。
3.1 聚吡咯与纳米材料的复合
纳米粒子由于尺寸效应和量子效应使其具有特异的物理和化学性能，其光电、声及磁方面的性能与常规材料有显著的差异，从而使达到分子水平的聚吡咯纳米复合材料在保留导电性能的同时可降低材料成本，而且又赋予材料其他功能性特征，其综合性能也有了很大改变。任丽等人以水为反应介质，通过化学聚合方法合成PPy/APS(氨丙基三乙氧基
硅烷)/SiO2纳米复合材料。实验得出用APS处理，过的SiO2合成的复合材料的电导率和稳定性都有所提高，其中用1%APS/SiO2合成的复合材料电导率最高，达38.46S/cm。陈爱华等人以化学沉淀法制备Fe3O4纳米粒子，采用乙醇对Fe3O4纳米粒子表，面进行处理，使其表面有机化，然后通过乳液原位复合制备Fe3O4/聚吡咯复合材料，实验结果表明其环境稳定性明显优于纯聚吡咯；并且运用共离子效应，成功实现了纳米Fe3O4颗粒与FeCl3溶液的掺杂混合，大量的Fe3+离子被吸收到Fe3O4颗粒表面形成了正离子层，然后纳米Fe3O4颗粒表面成为活性点聚合了PPy，所得产品稳定性增强，导电率也极大提高。另外，许均等人采用FeCl3作氧化剂，对甲苯磺酸钠作掺杂剂，使插入十六烷基三甲基溴化铵改性的有机蒙脱土层间的吡咯发生氧化聚合，制备了导电性能优异的聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料。结果表明，产品的电导率最高可达8.50S/cm；XRD测试显示，蒙脱土层间距由1.22nm增加到4.50nm。其他还有研究采用PPy与半导体无机盐微粒以及与碳纳米管(CNTs)的复合。Chen等人提出一种新的电化学方法制备CNT s/PPy 复合材料，PPy在CNTs上形成均匀的薄层，PPy在CNTs间构成桥连，形成致密的复合材料膜，CNT s可提高PPy的强度和导电性。另外Ballav N等人在指定的pH值下把单体直接加入到同多钒酸盐(IPV)和同多钼酸盐(IPMo)溶液中，制备高产率(>90%)的氧化聚合PPy。
3.2 聚吡咯与其他聚合物的复合
中科院化学有机固体实验室研究了导电聚吡咯/尼龙复合膜的制备，研究表明复合PPy 后使得尼龙66的结晶度和结晶完整性显著增加，复合膜表面的PPy具有网状结构。另外研究成员还研究了PPy与一些其他基质聚合物(弹性体、结晶性聚合物及液晶性聚合物)的复合材料，当其与聚氨酯弹性体进行复合时，吡咯与掺杂剂需要通过溶涨的聚氨酯到达电极表面进行一层层叠加的氧化聚合，此时扩散作用是决定反应进程的基础，PPy 在基质中呈网状排列。日本的宫田等人制备的聚乙烯醇/聚吡咯复合膜，导电率达到10S/cm，可见光透过率在550nm处可达80%-95%。
3.3 3-取代聚吡咯的合成
无取代的聚吡咯不易溶解，加工困难。为此，人们采用分子设计思想，通过化学方法在吡咯分子上引入取代基以改善其溶解加工性能。最近Wudl和Heeger研究小组发现：在聚吡咯环的3位上通过化学反应接上烷基磺酸盐，得到3-烷基磺酸盐取代聚吡咯，或将3位烷基磺酸取代吡咯聚合得到聚3-烷基磺酸取代吡咯，这种聚合物可改变原来不溶不熔的性质，成为具有水溶性自掺杂特性的导电聚合物，这给聚吡咯的加工应用提供了有利条件。另外，张志刚等人以吡咯为原料通过3步法合成了3-辛酰基吡咯单体，再通过FeCl3制得聚3-辛酰基吡咯(POPY)。POPY能溶于强极性有机溶剂，易于进一步的加工处理。
3.4 聚吡咯纳米线(管)的合成
为改善聚吡咯的加工性能通常采用取代基修饰和掺杂的方法，但由此增强的加工性能是以牺牲导电性能为代价的，因此理想的方法是使吡咯在聚合的过程中直接形成特定的形貌，而不是在聚吡咯形成后再进行加工。聚吡咯纳米线(管)就是吡咯在聚合过程中直接形成的一种具有线形形貌的一维纳米材料，它除了具备导电聚合物的特性外，还具有一
些特殊的性质，其合成方法一般有模板法和非模板合成法2种主要方式。
4 结束语
作为一种具有良好导电性和其他特性的高分子材料，PPy已被应用到许多领域，但目前尚存在一些问题亟待解决。作者考虑在以后的研究中从以下2方面入手：①在前人研究的基础上，通过选用适当掺杂剂和优化制备工艺，赋予吡咯聚合物多变和优异的性质。
②进行复合操作，设想的复合操作有2种：一是在高聚物主链上加入其他物质，一般是加入其他高聚物或无机纳米材料。较简单的是加入苯胺，也就是说吡咯和苯胺同时聚合，可利用聚苯胺的性能来调制聚吡咯；另一种方法是在吡咯单体上首先引入其他取代基，然后再聚合，从而在聚合物侧链上引入基团，对聚吡咯整体性能产生影响。
聚噻吩类导电聚合物的研究进展
聚噻吩类导电聚合物的研究进展 姓名：丁泽 班级：材化12-3 学号：1209020302
摘要 π-共轭聚合物被认为是很有发展前景的材料，因为它拥有独特的光电特性，可以被广泛的应用于太阳能电池（PSCs），电致变色器件，传感器，聚合物发光二极管（PLEDs）等各种领域。这些电活性与光活性聚合物通常是基于噻吩，吡咯，苯，芴或咔唑等芳环、芳杂环等单元的聚合物。在大量的电致变色材料中，噻吩类聚合物由于它们的高电子导电性和好的氧化还原特性，以及在可见与红外区域，快的响应时间，显著地稳定性和高的对比率而成为一类重要的电致变色共轭聚合物。更重要的是，通过聚合物链结构改动，噻吩类聚合物拥有容易的禁带可调性，可展示不同的电致变色特性。 关键词：π-共轭聚合物；电化学聚合；共聚；导电聚合物；
一、导电聚合物简介 1.1导电聚合物的分类 导电高分子材料包括结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类型。 复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的。该类材料通常是填充高效导电粒子或导电纤维，较普及的是炭黑填充型和金属填充型。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势。 结构型（又称作本征型）导电聚合物是指聚合物本身具有导电性或经掺杂处理后具有导电性的聚合物材料。这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供载流子，一经掺杂，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚对苯撑等均属于结构型导电高分子材料（如图1-1）[1]。结构型导电聚合物是目前导电聚合物研究领域的重点。
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导电高分子材料的应用、研究状况及发展趋势 熊伟 武汉纺织大学化工学院 摘要:与传统导电材料相比较 , 导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。 关键字:导电高分子分类制备现状 Abstract : Compared with conventional conductive materials, conductive polymer material has many unique properties. Conducting polymers can be us ed as radar absorbing materials, electromagnetic shielding materials, antistatic materials. Describes the structure of conductive polymer materials, types and conducting mechanism, synthesis methods, the application of conductive poly mer materials, research status and development trend. Keywords : conductive polymer categories preparation status 1 导电高分子的结构、种类 按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类 :一类是结构型 (或本征型导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料 [3]。 结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料。 根据加入基体聚合物中导电成分的不同 , 复合型导电高分子材料可分为两类 :填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料 [5]。
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功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
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聚吡咯纳米复合材料的研究进展
收稿日期：2012-05-25 基金项目：山西省青年科技研究项目[2012021020－5]；山西省高校科技项目[20121017]；山西大同大学博士科研项目[2008-B-20]作者简介：乔永生(1977-)，男，山西曲沃人，博士，副教授，研究方向：功能材料的制备与性能研究。 第28卷第5期山西大同大学学报(自然科学版) Vol.28.No.52012年10月 Journal of Shanxi Datong University(Natural Ｓｃｉｅｎｃｅ）Oct 2012 文章编号：1674－0874（2012）05－0032－03 聚吡咯纳米复合材料的研究进展 乔永生，沈腊珍 (山西大同大学化学与化工学院，山西大同037009) 摘 要：导电聚吡咯具有合成方便、电导率可调、易聚合等优点，而且具有特殊的光、电、热等性能，在导电 聚合物中最具应用潜力。聚吡咯纳米复合材料是近年来出现的一种新型纳米材料，它既保留了聚吡咯的原有特性，还赋予了与之复合的材料的性能，成为许多前沿科研领域的重要研究方向。本文介绍了聚吡咯纳米复合材料的最新研究进展，综述了复合材料的主要类别及应用领域，并对聚吡咯复合材料的发展前景进行了展望。 关键词：聚吡咯；纳米；复合材料中图分类号：TB324 文献标识码：A 导电聚吡咯(Polypyrrole ，PPy)具有合成方便、导电性好、电导率可调，以及特殊的光、电、热等性能，成为应用最广的导电聚合物之一。但由于聚吡咯的难溶难熔特性，以及本征态的聚吡咯导电性比较差等问题，使多数聚吡咯材料的研究还只是局限于实验室和小规模研究，大批量生产成为一个难点。 吡咯单体的改性是改善聚吡咯性能的一个重要瓶颈，吡咯单体结构的改变能引起一系列各种参数的变化，进而改善聚合物的导电性、不溶不熔性和力学性能等。改善方法是在合成的过程中添加不同的添加剂或者纳米材料，制成聚吡咯纳米复合材料，能改善其热稳定性和机械延展性，还能有效提高它的电导率，能使不锈钢表面活性钝化而防腐。所得复合材料不仅保持了PPy 本身的特性，还具有了纳米粒子的性质，赋予材料其它功能特性的同时，使其综合性能得到较大改善，有非常广泛的应用前景。聚吡咯纳米复合材料激发了人们的研究热情，成为了一个十分活跃的科学领域。 １ 聚吡咯纳米复合材料的种类 1．1 聚吡咯/无机纳米复合材料 将无机粒子添加到导电聚吡咯中制备的有机/ 无机纳米复合材料，不但改善了导电聚吡咯自身的缺陷，还可将PPy 的导电性与无机纳米粒子的功能性集于一体。这种有机/无机纳米复合材料 显示出了良好的应用前景，从而迅速地成为纳米复合材料领域的热点研究方向之一。中科院化学所的万梅香教授课题组在有机/无机纳米复合材料方面做了大量前沿性的工作[1－2]。先分别以FeCl 3或FeCl 3与FeCl 2的混合物为原料，制备出Fe 2O 3和Fe 3O 4纳米粒子，然后将吡咯单体加入其中，Fe 2O 3和Fe 3O 4纳米粒子表面吸附吡咯单体后，加入氧化剂将吡咯氧化，经吡咯单体的自组装过程，将导电聚吡咯原位聚合于无机纳米粒子表面，得到具有电磁性能的γ-Fe 2O 3/PPy 和Fe 3O 4/PPy 纳米复合材料。Rincon 等人[3]在电沉积PPy 的过程中，将Bi 2S 3纳米粒子嵌入其中，得到的复合膜与纯聚吡咯膜相比，膜的排列更为紧密、规整，并具有较高的氧化性。Murillo 等人[4]采用微乳液法在不同温度和表面活性剂浓度下制备出尖晶石铁酸钴(CoFe 2O 4)，制得的CoFe 2O 4粒子大小为3~30nm ，当粒径低于20nm 时，可表现出超顺磁性。然后将PPy 聚合于铁酸盐表面，表面形成一层导电外壳，得到PPy /CoFe 2O 4纳米复合材料。Liu 等人[5]制备出了具有核-壳结构的SiO 2/PPy 纳米复合微球，TEM 和SEM 均显示此复合微球具有中空结构，而且微球的大小可控、形貌可控，可用于生物医学、生物传感器等领域。1．2 聚吡咯/有机纳米复合材料 Walaiporn 等人[6]通过原位化学聚合法将聚吡咯沉积到聚乳酸(PLA)表面，制得可防静电的生物高
导电聚苯胺的研究进展
导电聚苯胺的研究进展 摘要：导电高分子的出现打破了聚合物仅为绝缘体的传统观念。在众多的导电高分子中，聚苯胺是目前研究进展最快的导电高分子之一。介绍了聚苯胺的结构，性质，合成和掺杂，改性，并对其应用前景作了展望。 关键词：导电高分子；聚苯胺；改性 2000年10月10日瑞典皇家科学院授予美国Alan MacDiamid和Alan Heeger 教授及日本Hideki Shirakawa 教授2000年诺贝尔化学奖，以表彰他们开创了新的研究领域——导电高聚物。导电高聚物的出现不仅打破了聚合物仅为绝缘体的传统观念，而且对高分子物理和高分子化学的理论研究也是一次划时代的事件，为功能材料开辟了一个极具应用前景的崭新领域。最早发现的本征导电高聚物是掺杂聚乙炔（PA），在随后的研究中科研工作者又相继开发了聚吡咯（PPy）、聚对苯（PPP）、聚噻吩（PTh）、聚对苯撑乙烯（PPv）、聚苯胺（PAn）等导电高分子。人们对聚乙炔的研究较早，也最为深入，但由于它的制备条件比较苛刻，且它的抗氧化能力和环境稳定性差，给它的实用化带来了极大困难。在众多导电高分子中，聚苯胺以其良好的热稳定性、化学稳定性和电化学可逆性，优良的电磁微波吸收性能，潜在的溶液和熔融加工性能，原料易得，合成方法简便，还有独特的掺杂现象等特性，成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一。 1 聚苯胺的结构 聚苯胺是典型的导电聚合物，常温下一般呈不规则的粉末状态，具有较低的结晶度和分子取向度。与其它导电高聚物一样，它也是共轭高分子，在高分子主链上形成一个电子离域很大的p-π共轭。1987 年，MacDiarmid[1]提出了后来被广泛接受的苯式-醌式结构单元共存的模型，两种结构单元通过氧化还原反应相互转化。即本征态聚苯胺由还原单元： 和氧化单元： 构成,其结构为： 其中y值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的y 值对应于不同的结构、组分和颜色及电导率，完全还原型( y = 1) 和完全氧化型( y = 0) 都为绝缘体。在0 < y < 1 的任一状态都能通过质子酸掺杂，从绝缘体变为导体，仅当y = 0.5 时，其电导率为最大。y值大小受聚合时氧化剂种类、浓度等条件影响，与其它导电高聚物相比，聚苯胺的结构具有如下特点：
关于导电高分子材料的研究进展
湖北汽车工业学院 本科生课程论文 《新材料导论》 论文题目关于导电高分子材料的研究进展学生专业班级 学生姓名（学号） 指导教师（职称） 完成时间
关于导电高分子材料的研究进展 摘要：与传统导电材料相比较,导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的概念、分类、导电机理及其应用领域,综述了近些年来国内外科研工作者对导电高聚物的研究进展状况并对其发展前景进行了展望。 关键词：导电高分子；功能材料；导电机理；应用；述评。 自从1976年美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔(Polyacetylene,简称PA)具有类似金属的导电性以后,人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高,新型交叉学科)))导电高分子领域诞生了。在随后的研究中科研工作者又逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子。导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点,作为不可替代的新兴基础有机功能材料之一,导电高分子材料在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件,以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。到目前为止,导电高分子在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、可溶性和加工性、导电机理、光、电、磁等物理性能及相关机理以及技术上的应用探索都已取得重要的研究进展。本文介绍了导电高分子的结构特征、导电机理及其应用领域,综述了近些年来导电高分子材料研究领域的进展状况。 1 导电高分子材料的分类 高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类： ①复合型高分子导电材料。 由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。 ②结构型高分子导电材料。 是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系，在热或光的作用下通过共轭π电子的活化而进行导电，电导率一般在半导
导电高分子材料聚苯胺的研究进展.
导电高分子材料聚苯胺的研究进展 周媛媛,余旻 ,李松,李蕾 (郑州大学化学系, 河南郑州450001 摘要:聚苯胺(PAn是目前研究最为广泛的导电高分子材料之一。基于国内外最新研究文献, 综述了PAn的结构、导电和掺杂机理及常见的合成方法, 重点介绍了几种制备微米或纳米级PAn的方法, 并对其在各领域应用前景作了简要介绍。 关键词:导电高分子; 聚苯胺; 合成; 掺杂 中图分类号: TQ246.31文献标识码:A文章编号: 1672-2191(200706-0014-06 收稿日期:2007-06-23 作者简介:周媛媛(1983- , 女, 河南开封人, 硕士研究生, 研究方向为导电高分子材料。电子信箱:zhouyuanzy2004@https://www.360docs.net/doc/f17408626.html, 1975年L. F.Ni 等人在实验室合成了低温下具有超导性,其导电能力可与Ag 相媲美的聚硫化氮 (SN x ,实现了高分子由绝缘体向半导体或导体的成功转变。1977年日本筑波大学 Shirakawa教授发现掺杂聚乙炔(P A 呈现金属特性,新兴交叉学科——导电高分子科学诞生了。随着人们不断深入研究,相继发现了聚吡咯、聚对亚甲基苯、聚苯硫醚、聚噻吩、聚苯胺(PAn等导电高分子。由于导电高分子具有特殊的结构和优异的物化性能,使其自发现之日起就成为材料科学的研究热点。
目前,研究最广泛的导电聚合物包括 P A、聚吡咯、聚噻吩和 P A n,PA 是人们发现最早的一个有机共轭导电聚合物,也是研究较多的导电聚合物,但由于其合成工艺、力学性能和稳定性等诸多因素的限制,人们对其研究兴趣逐渐减少,而后 3种尤其是 P A n 由于原料易得、合成工艺简便、导电性和稳定性优良,倍受人们青睐,在应用研究方面已走到了前面,成为研究热点。通过深入研究导电 P A n 的物化性质,人们发现它具有许多独特的光、电、磁性能,于是便产生了许多独特的应用领域,以导电 P A n 作为基础材料,目前正在开发许多高新技术如抗静电技术、太阳能电池、全塑金属防腐技术、船舶防污技术、传感器器件、电化学和催化材料、隐身技术、电致变色等,并且在这些技术上的应用探索都已取得了重要进展,并逐步向实用化迈进,显示了 PAn 极其广阔且诱人的发展前景。 1 PAn 的结构及导电机理 1.1 PAn 的结构 [1] PAn 的分子是由氧化单元 和 还原单元 组成, Mac Diarmid 等最早给出 P A n 本征态的结构: 其中:y (y =1￣0代表 PAn 的还原程度,根据 y 的大小,P A n 主要分为以下状态:全还原态(y =1, 简称 LB 态、中间氧化态(y =0.5,简称 EB 态和全氧化态(y =0,简称PNB 态。LB 态和 PNB 态都是绝缘态,只有氧化单元数和还原单元数相等的中间氧化态通过质子酸掺杂后才可变成导体。掺杂态的 P A n 的普通分子结构为: 其中:A - 是对阴离子; x 是质子化程度的因子,代
聚吡咯导电织物 - 清华大学科技开发部
聚吡咯导电织物 1成果简介 导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域。如今导电高分子材料如聚吡咯、聚酰胺等已成为研究热点，其中聚吡咯由于合成简便、反应条件温和、易控制、电导率较高等优点而倍受关注，在电化学、生物技术和医用防护品等领域有广泛的应用前景。 聚吡咯是一种用吡咯单体通过（电）化学氧化法合成的高分子聚合物，它的制备简单、价格便宜，是一种用途广泛的高新技术材料。我们采用化学氧化方法将聚吡咯附着在涤纶纤维的表面，从而不仅实现纤维导电而且不失涤纶纤维的优良性能（图1）。 常见的导电纤维如镀银纤维，凭借良好的导电性能已经在医用防护产品中获得广泛应用，如市面上常见的防电磁辐射的孕妇防护服。同时，基于对慢性伤口施加一定的电刺激有一定的促进细胞组织再生、促进肉芽组织生长及上皮细胞的分化等作用。但是由于银纤维成本较高，聚吡咯导电纤维作为性能优秀的替代品会有更加广阔的市场前景。 本项目所研制的聚吡咯涤纶织物电阻率洗涤2次后表面电阻由 1.16kΩ/cm变为19.28kΩ/cm，增大了15倍，洗涤30次后表面电阻约为60kΩ/cm，但是洗涤50次几乎没有变化，表面电阻已趋于稳定（图2）。除了具有良好的导电性外，还具有良好的生物相容性。项目组利用导电织物对L929细胞进行电刺激实验时发现，当电流设置为80mA时，细胞个数明显增加，存活率为168%。因此利用导电纤维进行慢性伤口愈合的治疗具有良好的有效性和安全性。 图1 导电织物的外观形态图2 导电织物水洗稳定性 2应用说明 （1）聚吡咯导电纤维不仅能够开发出优秀的防静电、防电磁辐射服等防护服装，在慢性伤口愈合的电刺激疗法中也具有巨大潜力。 （2）本项目符合国家产业政策，是知识创新与各项成熟技术的集合。本项目成果将为慢性伤口例如糖尿病足的治疗增加一种较为理想的手段，并会提高疗效，副作用小，大幅度降低治疗费用，具有很好的应用前景，必将发展成为高新技术产业。 （3）本项目技术还有望具有抗菌疗效，并在多个领域得到使用。 3效益分析 按照现在的市场估计，仅糖尿病患者在2011年近1亿人，每年增加超过120万人，治疗慢性伤口愈合织物需求至少达到2000万元，每年增加超过24万人，期待市场占有率20%，
导电高分子材料综述
课题名称：导电高分子材料的研究进展及发展趋势 检索主题词：导电高分子材料 检索工具：万方数据知识服务平台 检索途径及步骤：登录学校图书馆网站，从“中文资源”分类中找到“万方数据资源（主网站）”，选择“高级检索”，规定好想要检索的文献类型，出版时间，主题等进行检索。 导电高分子材料的研究进展及发展趋势综述 高材1208 2012012247 曹凯 摘要：介绍了导电高分子材料的类型，分析了导电材料的导电机理，对其在实际中的应用进行了研究和总结，并且在此基础上展望了导电高分子材料的未来发展趋势。 关键词：导电；高分子材料；机理；应用；发展 引言： 近年来, 导电高分子的研究取得了较大的进展, 科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究, 已成为一门相对独立的学科。按导电性质的不同，导电高分子材料分为复合型和结构型两种。前者是利用向高分子材料中加人各种导电填料来实现导电，而后者是通过改变高分子结构来实现导电。在社会的发展中，需要这种材料的地方有很多，这也使得对进行加工和应用的研究受到了人们着重地关注。 1导电高分子材料分类 按照材料的结构与组成，可将导电高分子材料分为两大类。一类是复合型导电高分子材料，另一类是结构型（或本征型）导电高分子材料。 1.1复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的材料。几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维，如填充各类金属粉末、金属化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势，用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。 1.2结构型导电高分子材料 结构型（又称作本征型）导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供导电载流子，一旦经掺杂后，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质，它们导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料。导电时的载流子是电子（或空穴），这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点。 2电高分子材料的导电机理 2.1复合型高分子材料导电机理 复合型导电高分子材料导电性主要取决于填料的分散状态”J。根据渗流理论，原来孤立分散的填料微粒在体积分散达到某一临界含量以后，就会形成连续的导电通路。这时离子
导电聚苯胺的特性及进展
导电聚苯胺的特性及 进展 院（部、中心）材料科学与工程 专业材料科学与工程 课程名称高分子材料进展
导电聚苯胺的特性及进展 摘要：导电聚苯胺是极有前途的导电聚合物,它能够广泛地应用于二次电池、金属的防腐、电致发光器件的电极修饰等方面。本文根据文献资料参考从其结构特性、在可溶性、复合材料及纳米粒子上的研究进展及其应用前景做整理描述。关键词：导电高分子，聚苯胺，掺杂，纳米粒子 引言： 在20世纪中发展起来的功能高分子中,导电高分子是最突出的代表之一。20世纪70年代以前,人们一直将高分子材料作为绝缘材料来使用,从来没有导电高分子的概念美国的MacDiarmid在参观日本东京大学时,看到白川英澍试验室所合成的聚乙炔薄膜具有奇特的金属光泽,惊叹这可能就是他和Heeger等多年寻求的有机导电高分子,于是邀请白川到他的实验室进行合作研究。他们根据研究硫氮聚合物(SN)n的经验,用I2和ASF5掺杂聚乙炔,发现经过掺杂的聚乙炔,导电率增加了10~12个数量级,达到103Scm的水平,接近于金属导体,并于1977年报道了这一结果。这一发现,突破了高分子是绝缘体的传统观念,立即在科学界和技术界产生了巨大的影响和冲击。理论物理学家从Pierls相变的理论出发,进行量子力学计算,计算出反式聚乙炔中长短键长的差约002nm,由此长短键交替所形成的导带和价带之间的间隙宽度是14eV,与试验观测值一致。进而提出了包括孤子、极化子、双极化子等内容的聚乙炔导电的SSH理论。实验物理学家进行了聚乙炔的一系列光谱、结构和光、电、磁学测量,验证了理论物理学家的理论结果,同时发现了当时的理论和模型尚不能解释的新现象。高分子化学家和材料学家则不断改进合成技术,提高聚合物的性能,使聚乙炔的导电率达到105Scm量级,可以和金属铜相媲美。在短短的20多年中,相继合成出了数十种导电高分子,并对它们的光、电、磁性能进行了系统深入的研究,许多新的科学现象和原理被揭示出来,导电高分子在若干高新技术领域的应用已经实现,或正在蕴育之中。正是由于Heeger、MacDiarmid和白川英澍对导电高分子领域的开创性贡献,他们被授予2000年的Nobel化学奖。后来人们陆续开发了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高分子材料。在众多的高分子材料中,聚苯胺有原料易得、合成简单、耐高温及抗氧化性能良好等优点,很快成为导电高分子研究的热点之一。 聚苯胺除了具有其他导电高聚物共有的性质外,还有独特的掺杂机制、良好
有机导电高分子材料
有机导电高分子材料——聚苯胺 聚苯胺(PAn)是目前研究最为广泛的导电高分子材料之一，具有原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好等优点，是目前公认的最具有应用潜力的导电高分子材料之一。PAn还有独特的掺杂机制，优异的物理化学性能，良好的光、热稳定性，使其拥有许多独特的应用领域。目前正应用于许多高新技术如抗静电技术、太阳能电池、全塑金属防腐技术、船舶防污技术、传感器器件、电化学和催化材料、隐身技术、电致变色等，而且对这些技术的应用探索也已取得了重要进展，并逐步向实用化迈进，显示了PAn极其广阔且诱人的发展前景。 物质的能带结构决定其电学性质，物质的能带由各分子或原子轨道重叠而成，分为价带和导带[1]。通常是价带宽度大于10.0eV时，电子很难激发到导带，物质在室温下是绝缘体；而当价带宽度为1.0eV时，电子可通过热、振动或光等方式激发到导带，物质为半导体；经掺杂的PAn，其π成键轨道组成的价带与π反键轨道组成的导带之间的能带宽度(价带)为1.0eV左右，所以PAn 有半导体特性。PAn 的导电机理与其他导电高聚物的掺杂机制完全不同：它是通过质子酸掺杂，质子进入高聚物链上，使链带正电，
为维持电中性，对阴离子也进入高聚物链，掺杂后链上电子数目不发生变化，其导电性能不仅取决于主链的氧化程度，而且与质子酸的掺杂程度有关。PAn用质子酸掺杂时优先在分子链的亚胺氮原子上发生质子化，生成荷电元激发态极化子，使PAn 链上掺杂价带上出现空穴，即P型掺杂，使分子内醌环消失，电子云重新分布，氮原子上正电荷离域到大共轭键中，使PAn 呈现出高导电性。 国内外已相继开展了导电高聚物雷达吸波材料的研究，并取得了一定的进展。聚苯胺吸波材料[20]主要分为掺杂型聚苯胺吸波材料、聚苯胺/无机复合吸波材料、聚苯胺/聚合物复合吸波材料、聚苯胺微管复合吸波材料。掺杂态聚苯胺属于电损耗型介质，其吸波特性与掺杂剂、掺杂度、制备工艺等条件有密切关系，尤其是与材料的电磁性质——电磁参数有直接关系，对微波呈现较好的吸收性能，但掺杂聚苯胺仍存在吸收小、吸收频带窄等缺点，不能满足应用的需要；利用磁性物质物理再掺杂和聚苯胺化学原位聚合法把聚苯胺和高磁感软磁材料以适当的形式复合制备聚苯胺/无机复合吸波材料，具有良好的吸波特性；根据逾渗理论，可将聚苯乙烯、环氧树脂、聚氨酯、乙丙橡胶、聚酰胺等作为有机基体，利用原位聚合法和机械共混
导电聚吡咯的制备及其电化学性能研究
导电聚吡咯的制备及其电化学性能研究 目录 学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书....................................................I 摘要..........................................................................................................................II Abstract...................................................................................................................IV 第1章绪论. (1) 1.1引言 (1) 1.2导电高分子的制备方法 (1) 1.3吡咯和PPy (2) 1.3.1 吡咯的性质 (2) 1.3.2 PPy的电化学合成机理 (2) 1.3.3 合成条件对PPy的影响 (4) 1.3.4 PPy的导电机理 (5) 1.3.5 PPy的掺杂 (6) 1.3.6 PPy防腐蚀机理 (7) 1.4导电高分子的应用 (9) 1.4.1 用作金属防腐蚀涂层 (9) 1.4.2 用作人工肌肉 (9) 1.4.3 用作显示材料 (9) 1.4.4 用作电极材料 (10) 1.4.5 用作传感器 (10) 1.5选题思路及研究意义 (10) 第2章溶剂对PPy性能的影响 (12) 2.1引言 (12) 2.2实验部分 (12) 2.2.1 药品和仪器 (12) 2.2.2 实验方法 (13) 2.3结果与讨论 (14) 2.3.1 PPy的电化学合成 (14) 2.3.2 吡咯的循环伏安曲线 (15) 2.3.3 PPy的形貌 (16) 2.3.4 PPy的电导率 (17) 2.3.5 极化曲线 (18)
导电高分子材料的研究进展及应用
导电高分子材料的研究进展及其应用 谢恺201007010127 10化工（1）班 一、导电高分子材料的研究进展 按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类:一类是结构型(或本征型) 导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料。 1.1 结构型导电高分子 结构型导电高分子材料是指本身具有导电性或经掺杂后具有导电性的聚合物材料，也称作本征型导电高分子材料，是由具有共轭∏键或部分共轭∏键的高分子经化学或电化学“掺杂”，使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料，如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAn)、聚乙炔(PA)等。不需掺杂的结构型导电高分子材料至今只有聚氮化硫一类，而大多数均需采用一定的手段进行掺杂才能具有较好的导电性。 在众多导电高分子中，聚苯胺由于原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好 1.2 复合型导电高分子 复合型导电高分子材料是以高分子聚合物作基体,加入相当数量的导电物质组合而成的,兼有高分子材料的加工性和金属导电性。根据在基体聚合物中所加入导电物质的种类不同又分为两类:填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料. 填充复合型导电高分子材料通常是在基体聚合物中加入导电填料复合而成。根据导电填料的不同,填充型导电聚合物复合材料可分为炭黑填充型、金属填充型、纤维填充型等。 由炭黑填充制成的复合导电高分子材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。复合材料导电性与填充炭黑的填充量、种类、粒度、结构及空隙率等因素有关,一般来说粒度越小,孔隙越多,结构度越高,导电值就越高。乙炔炭黑是人们常用的一种导电炭黑。焦冬生等研究了乙炔炭黑填充量对硅橡胶导电性能的影响。结果表明:试样体积电阻率随乙炔炭黑用量的增加呈现降低趋势,用量超过30份时,橡胶的体积电阻率迅速减小;当乙炔炭黑用量大于40份时,橡胶的体积电阻率下降趋缓,体积电阻率最小值不大于4.5Ω·cm。 1.3 离子液体在导电高分子中的应用 室温离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质,它具有非挥发性、低熔点、宽液程、强的静电场、宽的电化学窗口、良好的导电与导热性、高热容、高稳定性、选择性溶解力与可设计性。这些特点促使对离子液体的研究和使用从最初的化学化工领域,迅速拓展到包括功能材料、能源、资源环境、生命科学在内的众多领域。 二、导电高分子材料的应用 2.1 导电高分子材料在医学工程中应用 塑料等高分子聚合物可以像金属一样导电,而且可以制作成各种特殊性能的新材料。目前导电高分子材料已悄然走进生物医学领域，是生物材料和组织工程学家关注的焦点。 聚吡咯（Polypyrrole,Ppy）是一种生物相容性较好的高分子。细胞外基质蛋白和生长因子不但可以通过侧链、配基以共价键结合Ppy的表面高分子基团上，而且通过离子键合掺杂的药物和生物活性分子还可通过电化学控制释放，实现生物分子定量释放表达，作用于细胞，以获得预期的细胞贴壁、增殖、分化性质，实现表面功能化、可控化。利用Ppy构建生物电活性涂层，可以通过掺杂分子和控制加电方式、电刺激强度以及作用时间提供局域定向电刺激，获得不同的表面特性。 2.2 导电液晶材料 液晶高聚物材料具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率以及良好的介电
导电高分子材料
导电高分子材料 导电高分子材料概述 摘要导电高分子材料具有高电导率等与一般聚合物不同的特性。文章综述了导电高分子的分类，研究进展，制备方法以及在作为导电材料，电极材料，显示材料，电子器件，电磁屏蔽材料及催化材料方面的应用。 关键词:导电高分子，制备，应用 Abstract :Conductive polymeric materials have the properties such as high conductivity that different from traditional polymeric materials.This paper reviews the classification of conductive polymers, research progress,Preparation methods and Conductive polymeric materials applied as the conductive material, electrode materials, display materials, electronic devices, electromagnetic shielding materials and the application of catalytic materials. Keywords: Conductive polymeric materials, Preparation,application 传统高分子材料的体积电阻率一般介于1010,1020Ω?cm之问，一直作为电绝缘材料使用。自从1997年，美国化学家MacDiarmid、物理学家Herger和日本化学家Shirakawa[1]发现掺杂聚乙炔具有良好导电性后，世界各国科学家纷纷投入到导电聚合物的研究当中，各种有机导电聚合物相继出现，其应用范围也日益扩大，广泛应用于各种家用电器、航空航天、抗静电涂料、雷达吸波材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面，极大地丰富和改善了人们的生活。 1.导电聚合物的分类
聚吡咯知识分享
聚吡咯
聚吡咯的结构、合成方法、特征、应用及发展趋势 π共轭高分子材料在导电、发光、光伏和非线性光学材料等领域有着广阔的应用前景,是目前高分子学科研究的前沿课题。目前人们已经成功制备了聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴和聚苯乙炔等π共轭高分子材料,并对一些聚合物的导电性、超导性、电致变色、光致变色、光致发光、光伏特性和非线性光学等性能做出了大量的研究。聚吡咯及其衍生物 作为一种重要的功能高分子材料,在气敏元件、生物传感器和非线性光学等领域受到了国内外学者的青睐。本文主要介绍其中的一种：聚吡咯。 聚吡咯的结构 聚吡咯的英文名为polypyrrole，结构如下图所示。 聚吡咯的合成 聚吡咯的电解合成方法。将吡咯单体溶解于布朗斯特酸型离子液体中，置于电解槽中进行电解合成；其中所述电解槽中包含有工作电极、辅助电极和参比电极，所述的工作电极选自于不锈钢电极或铂电极或镍电极或玻碳电极，所述的辅助电极选自于大面积铂片电极或石墨电极，所述的参比电极选自于Ag/AgCl电极或饱和甘汞电极或大面积铂片电极或标准氢电极。所述的电解合成方法简单，
制备成本较低，可在常温常压下进行，离子液体可以重复使用。若 以此聚吡咯取代目前常用的贵金属催化剂，将明显降低甲醇等直接 燃料电池生产成本和酚类废水的降解成本，具有很好的应用开发前 景。 聚吡咯的化学氧化法合成。化学氧化法是在一定的反应介质中 加入特定的氧化剂，使得单体在反应中直接生成聚合物并同时完成 掺杂过程，与电化学的掺杂不同，因为其中加入了两种物质，并且 这些物质进入了聚合物的主链，对聚合物的电化学性质产生了非常 重要的影响。常用的氧化剂有(4)220，el3，202，2r207，103等。介 电常选用水、乙醚、乙腈、酸溶液等。研究表明表面活性剂的加入 可提高聚吡咯的导电性，还可增加聚吡咯的产量。制备过程中，除 表面活性剂的加入之外，单体的浓度、氧化剂的性质、氧化剂与单 体浓度的比例、聚合温度、聚合气氛、掺杂剂的性质以及掺杂程度 等因素都会影响导电聚合物的物理和化学性质。 聚吡咯的特征 导电聚吡咯的离子交换特性电、极电位特性和稳定性研究了 PPy 膜中对阴离子与溶液阴离子的交换特性，发现当PPy 膜中对阴 离 子为-C 或-3NO 或-4CO 时 ，会发生与溶液阴离子-C 或-3NO 的自发 可 逆交换 ， 并且离子交换后PPy 的电子结构和电导率基本不变。 通过测量可见一近红外吸收光谱和电导测量等手段考察了PPy 在水 溶液中的稳定性，发现氧化掺杂态PPy 在酸性溶液中稳定；在中性 和碱性溶液中，PPy 链中的质子酸掺杂结构将发生去质子化而脱掺
导电高分子的现状与发展
导电高分子材料的现状与发展趋势姓名：XX 学号：XX 学院：XX 专业班级：XX 摘要：现展望了介绍了导电高分子材料的类型，对其在实际中的应用进行了研究和总结，并且在此基础上导电高分子材料的未来发展趋势。目的在于对导电高分子材料的实用性进行有效提升，扩大其应用的范围，并对该材料的新研究产生积极地影响。 关键词：导电高分子材料分类现状趋势 社会的快速发展使得许多新型材料得到了较高的关注与研究，这是科学发展的必然要求，也是提升生活品质的前提条件。高分子材料是由质量较高的分子聚合而成，该材料的优势特点是其在生产和生活中得到了较为广泛的应用。在高分子材料中有一种具有较强导电功能的材料，被称之为导电高分子材料，这种材料既具有高分子材料易加工和耐腐蚀的特点，又具有导电性良好的优势，成功地代替了无机导电材料的应用。导电高分子材料是能够产生导电性和电化学可逆性的优质材料，在充电电池的电极的生产中被加以应用，同时该材料在尖端科技的开发和研究中也是非常重要的原材料之一。在社会的发展中需要这种材料的地方有很多，这也使得对进行加工和应用的研究受到了人们着重地关注。 1、导电高分子材料分类 导电高分子材料可以通过产生的方式和结构的不同分为复合型材料与结构
型材料两类，这两类材料虽然具有较为相似的特性，但是也存在着较大的差别，而且应用的方向和范围也有所不同。正确认识这两种导电高分子材料的特点和特性，能够使对其的应用更加科学化和合理化。下面将对这两种材料分别进行研究。 1.1复合型导电高分子材料 由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。 1.2结构型导电高分子材料 是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共扼体系，在热或光的作用下通过共扼π电子的活化而进行导电，患导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类材料的导电性能大大提高。如在聚乙炔中掺杂少量碘患导率可提高12个数量级成为“高分子金属”。经掺杂后的聚氮化硫在超低温下可转变成高分子超导体。结构型导电高分子材料用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试制半导体元器件等。但目前这类材料由于还存在稳定性羞特别是掺杂后的材料在空气中的氧化稳定性差)以及加工成型性、机械性能方面的问题，尚未进入实用阶段。 2、导电高分子材料的应用现状 导电高分子材料的应用是对其进行研究和生产的主要目的，其应用的研究与