导电高分子聚苯胺简介
有机导电高分子材料
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法，即由苯胺单体在母相聚合物、母相聚合物的单体存在下引发聚合或由聚苯胺与母相聚合物机械共混制备聚苯胺/聚合物复合吸波材料；聚苯胺微管具有新颖的中空结构，使其具有独特的电磁特性，并有望成为一种新型的微波吸收剂，将磁性材料与聚苯胺微管复合，以增强电磁损耗能力。
8.导电高分子聚苯胺简介
1.
•
防腐涂料
聚苯胺最重要的工业应用可能是防腐涂料.由于聚苯胺难 熔难溶,用纯聚苯胺作涂料不现实,必须与常用的基体树脂 配合使用. 由此带来的主要科学技术问题是(1) 选择合适的 基体树脂,确定防腐涂料的基本配方; (2) 研究聚苯胺与基 体树脂的相互作用,提高聚苯胺在基体中的分散程度,增强 聚苯胺的网络特性; (3) 研究聚苯胺的防腐效率和防腐机制. 经过多年的研究,逐步形成了两种聚苯胺防腐涂料体系,掺 杂态聚苯胺/聚氨酯体系和本征态聚苯胺/脂肪多胺/环氧树 脂体系。
5. 在抗静电方面的应用
• 聚苯胺电导率可在10-5～105S/m 范围内调节, 与 其它高分子材料的相容性大于金属和炭黑, 并且有 好的稳定性和耐腐蚀性等, 因此有望成为新的抗静 电材料。
6. 在其它方面的应用
• 在电致发光管应用方面, 聚苯胺是重要的新型显示材料之 一, 会大大降低发光二极管的工作电压, 在延长器件寿命方 面,IBM研究小组使用导电聚苯胺作电极的隔离层, 将发光 器件的寿命延长了1000 倍。利用聚苯胺的电致变色特性, 可以用它来做智能窗和各种电致变色薄膜器件, 在军事伪 装方面有着较大的应用前景。利用聚苯胺吸收微波的特性, 法国已研制出了隐形潜艇。 • 通过改变掺杂剂的种类和浓度调整材料的形态, 可精确控 制聚苯胺薄膜的离子透过率及气体透过率、分子尺寸的选 择性, 因此聚苯胺也可用来制作选择性透过膜。聚苯胺在 不同氧化态下体积有显著的不同, 对外加电压有体积响应, 可以用于制造人工肌肉。聚苯胺还可用作光学器件及非线 性光学器件。
二．聚苯胺的结构与性质
聚苯胺导电高聚物发展前景
聚苯胺导电高聚物发展前景导电高分子材料是一种新兴的材料，因其具有特殊结构以及优异的物理化学性能，在能源、光电子器件、信息传感器、电磁屏蔽、金属防护及隐身技术等方面，具有极广泛的应用前景。
其中聚苯胺聚合物（PANI）以其原料易得、价格低廉、制法简单、导电性能优良、对环境稳定性好等优点，为人们所青睐，现已成为导电高分子材料中最具发展潜力的品种之一。
聚苯胺是一种具有金属光泽的粉末，因分子内具有大的线型共轭π电子体系，其自由电子可随意迁移和传递，而成为最具代表性的有机半导体材料。
与其他导电聚合物相比，聚苯胺具有结构多样化、耐氧化和耐热性好等特点，同时还具有特殊的掺杂机制。
聚苯胺及其衍生物不仅可通过质子酸的掺杂获得良好的导电性，而且可通过加入氧化剂或还原剂来使其骨架中的电子迁移发生改变，即氧化还原掺杂。
掺杂后，聚苯胺及其衍生物的导电率可提高10个数量级以上，并可改善其在溶剂中的溶解性和加工性能。
自从科学家首次发现用AsF5或I2对聚乙炔进行P型掺杂可获得极高导电率的材料以来，导电高分子已在近年来逐渐发展成一门新型的多学科交叉的研究领域。
而经过10多年的研究和试验，聚苯胺树脂的可溶性和加工性方面的研究也已取得了一定的突破。
目前，解决导电聚苯胺树脂可溶性主要采取的方法有：功能质子酸掺杂、结构修饰、制备可溶性复合物、制备胶体颗料等。
以上方法在不同程度上均可提高聚苯胺在有机溶剂中的溶解度，并进一步提高其成型加工能力。
但是大多数有机溶剂都会造成不同程度的环境污染，如果能用水来代替，制成水溶性聚苯胺复合物，不仅有利于环保，也会带来更大的经济效益。
因此，近年来水溶性导电聚苯胺已成为人们研究的热点。
另外，制备聚苯胺复合物是改善聚苯胺加工性能的主要方法，目前主要采用电化学法和化学氧化法两种工艺。
UNIAX公司通过溶液共混的方法制备了一种性能优异的透明导电涂层，透光率达80％，而表面电阻仅为192Ω，可作为导电玻璃使用。
聚苯胺还可以同PET、PVC、PS、PVA、PA和PMMA等聚合物制成复合膜。
导电高分子材料聚苯胺
导电高分子材料聚苯胺（PAn）的研究进展摘要：本文主要结合导电高分子材料聚苯胺（PAn）目前现状,综述了聚苯胺的结构、特性、合成方法、用途。
指出了聚苯胺的发展方向和前景.关键词：性质、应用、合成方法、发展引言聚笨胺（olyaniline）即导电塑料，是一种高分子合成材料。
它是一类特种功能材料，有塑料的性质——密度和可加工性，又具有金属的导电性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在生活中有许多应用。
1聚苯胺的性质聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种稳定性较好的导电高分子材料，而且它的实际应用前景很广阔。
它具有优良的环境稳定性，是一种具有金属光泽的粉末。
聚苯胺是典型的高分子半导体，本身导电性很差（纯的聚苯胺不导电），需要掺杂以后才能提高导电性。
聚苯胺能被氧化，最终是白色。
1.1聚苯胺的结构1.2 聚苯胺的性质（1）导电性聚苯胺本身的导电性差，需要掺杂以后才能提高电性，它是典型的高分子半导体。
聚苯胺的导电性受很多因素的影响，除了分子链本身的结构外，还有PH值和温度等等。
导电性是聚苯胺的一个非常重要的特性，完全还原的聚苯胺是白色，不导电；再经氧化掺杂后显蓝色，不导电（如果完全氧化则不能导电）；再经酸掺杂后显绿色，导电。
PH值与聚苯胺导电率的依赖关系：当PH>4时，导电率与PH值无关，呈绝缘体性质；当2<PH<4时，导电率随溶液PH值的降低而迅速增加，其表现为半导体特性；当PH<2时，导电率与ph值无关，呈金属特性。
温度对聚苯胺导电性的影响也很大，在一定的温度范围内，导电性会有规律的变化，但温度超过后会改变聚苯胺的微观结构。
（2）热稳定性聚苯胺的热稳定性是待解决的问题，它的环境稳定性强，但它的加工强度和机械性能差。
聚苯胺难以保证经过常见工程塑料加工温度热处理后电导率不发生大幅度减弱甚至变为绝缘体。
（3）聚苯胺的溶解性由于聚苯胺链间的相互作用使得它的溶解性极差，相应地可加工性也差，限制了它在技术上的广泛应用。
有机导电材料-聚苯胺PPT
其他改性方法
其他改性方法包括交联改性、接枝改性、纳米改性等，这些方法可以改善聚苯胺的性能和拓宽其应用 领域。
交联改性是指通过化学反应使聚苯胺分子之间形成三维网络结构，提高其热稳定性和力学性能；接枝 改性是指将其他功能性基团连接到聚苯胺分子上，以改善其性能和拓宽其应用领域；纳米改性是指将 聚苯胺与纳米材料复合，利用纳米材料的特性改善聚苯胺的性能。
详细描述
模板法是一种制备具有特定形貌和结构聚苯胺材料的方法。通过使用不同的模板，如聚合物、无机物 或生物分子等，可以控制聚苯胺的聚合过程，从而得到具有特定结构和形貌的聚苯胺材料。该方法可 以制备出高性能的聚苯胺材料。
其他合成方法
总结词
除了上述三种方法外，还有一些其他合 成聚苯胺的方法，如光化学合成法、热 引发聚合等。
加强与其他学科的合作，推动聚苯胺在交叉学科领域 的应用和发展。
标准化与规范化
建立聚苯胺的标准化和规范化体系，促进其产业的健 康发展。
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此外，聚苯胺还可以作为药物载体和 生物医学成像剂等生物医学领域的应 用。
由于聚苯胺具有优异的电导率和环境稳 定性，它也被广泛应用于燃料电池、锂 离子电池和超级电容器等能源领域。
02
聚苯胺的导电机理
聚苯胺的导电性能
聚苯胺是一种具有导电性能的有机高分子材料，其导电性能 可以通过掺杂实现可调。在掺杂状态下，聚苯胺具有良好的 导电性和电化学活性，被广泛应用于传感器、电池、电容器 等领域。
03
聚苯胺的合成方法
化学氧化法
总结词
通过氧化剂如过硫酸铵、过氧化氢等引发，使苯胺单体在适当的溶剂中进行聚合，得到 聚苯胺。
详细描述
化学氧化法是最常用的聚苯胺合成方法之一。在适当的反应条件下，使用氧化剂引发苯 胺单体的聚合反应，通常在有机溶剂中进行，如甲酸、水、甲醇等。该方法操作简便，
导电聚苯胺_PAn_的特性及应用
导电聚苯胺(PAn )的特性及应用X陆 珉 吴益华 姜海夏(上海交通大学应用化学系,上海,200240)摘 要 聚苯胺是导电高分子化合物中的一种极有应用前途的高分子材料。
本文旨在介绍导电聚苯胺的各种特性及各个方面的应用前景。
关键词 聚苯胺 导电高分子材料 特性 应用1 引 言自从第一种导电高聚物—掺碘的聚乙炔发现以来,人们又陆继开发出了聚苯胺、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、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好等众多优点。
聚苯胺是由还原单元和氧化单元构成,其结构式为其中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、组份和颜色及电导率,完全还原型(y =1)和完全氧化型(y =0)都为绝缘体。
只有氧化单元数和还原单元数相等(y =0.5)的中间氧化态通过质子酸掺杂后可变成导体。
聚苯胺的主要缺点是不溶不熔,这成为其应用前景中的致命问题。
现今这一问题已得以解决。
U NI X 公司通过选择合适的有机酸掺杂制得的聚苯胺可溶于一些普通有机溶剂[1,2],且还可获得有一定的热塑性的聚苯胺[3]。
IBM 公司则制得了水溶性的聚苯胺[4](专利技术,未公布)。
由于这一加工问题的解决,聚苯胺能够很容易地制成定向膜或纤维[5]。
因而成为最具开发应用前景的导电高分子材料。
现今,已有A pper -ling Kessler &Co .,A llied Singa l Inc 及A menidem Inc 等公司[6～7]都已开始批量生产聚苯胺(商品名为V ersico n),以聚苯胺为基的许多产品也相继问世。
然而,对于聚苯胺的认识并未止步。
人们正期待着开发出聚苯胺更多的应用领域,欧、美及日本等国在聚苯胺的研究和开发上投入了大量的资金和技术力量,并将其列为本世纪末的重点研究课题。
我国也将聚苯胺的应用研究列入国家自然科学基金资助项目。
本文仅就聚苯胺的特性及应用前景等方面的研究进展,作一扼要介绍。
聚苯胺导电态
聚苯胺导电态聚苯胺是一种具有导电性能的高分子材料，其导电态被广泛应用于电子器件和能源领域。
本文将从聚苯胺导电态的形成机制、导电性能的特点以及应用领域等方面进行介绍。
聚苯胺导电态的形成主要是通过掺杂的方式实现的。
在聚苯胺分子中，苯环上的氮原子可以接受或者捐赠电子，从而形成带正电或者带负电的离子。
常用的掺杂剂有酸、碱和氧化剂等。
其中，酸掺杂可以将聚苯胺分子中的某些氮原子负离子化，从而提高电子的导电性能；碱掺杂可以将聚苯胺分子中的某些氮原子正离子化，增加电子的输运性能；氧化剂掺杂可以使聚苯胺分子中的苯环形成氧化还原对，提高电子的传导性能。
聚苯胺导电态的特点主要体现在其导电性能方面。
聚苯胺导电态的电导率可以在10^-3~10^3 S/cm之间变化，具有较高的导电性。
此外，聚苯胺导电态的导电性能还可以通过掺杂剂的种类和浓度进行调控。
例如，酸掺杂的聚苯胺导电态具有较高的导电性能，而碱掺杂的聚苯胺导电态具有较好的电子传输性能。
聚苯胺导电态在电子器件和能源领域有着广泛的应用。
在电子器件方面，聚苯胺导电态可以用作导电电极材料，如柔性电极和透明导电薄膜等。
聚苯胺导电态还可以用于制备有机场效应晶体管（OFET）和有机光电器件等。
在能源领域方面，聚苯胺导电态可以用于制备超级电容器电极材料，具有高能量密度和高功率密度的特点。
此外，聚苯胺导电态还可以用于制备柔性锂离子电池和柔性太阳能电池等。
总结起来，聚苯胺导电态是一种具有导电性能的高分子材料，其导电态的形成主要通过掺杂的方式实现。
聚苯胺导电态具有较高的导电性能和电子传输性能，可以在电子器件和能源领域中得到广泛的应用。
随着对聚苯胺导电态的深入研究，相信其在未来的应用中将发挥更加重要的作用。
聚苯胺
导电高分子（聚苯胺）导电高分子首先必须具备共轭π键结构，其次需要经过化学或电化学“掺杂”。
聚苯胺的结构为其中n值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的n值对应于不同的结构、组分和颜色及电导率，完全还原型(n=1)和完全氧化型(n二0)都为绝缘体。
在0<n<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n=0.5时，聚苯胺成二共扼，其电导率为最大。
将导电高分子从绝缘态转变为导电态需要从其分子链中迁移出电子，这种电子迁移的过程叫做“掺杂”。
掺杂的实质是将电子从占有轨道中拉出来，或者是将电子加入到π空轨道中，使得相邻轨道间能级差减小，提高导电率。
合成方法：采用化学合成法，室温下,将新蒸苯胺溶解于一定量的甲苯中,得到溶液A；将FeCl3溶液和一定浓度HCOOH溶液混合均匀形成溶液B；把溶液A缓慢移入溶液B中,形成清晰的有机-水相界面。
几分钟后,界面出现墨绿色产物。
在室温下反应后,抽滤,分别用蒸馏水、无水乙醇洗涤至滤液呈中性。
真空干燥一定时间，即可得到HCOOH掺杂的聚苯胺材料。
表征方法：样品的表面形貌和颗粒大小分别采用X射线衍射仪分析和扫描电镜；电导率采用压片法，用四探针电导率仪测定电导率。
应用：可制备电容器，电磁屏蔽，和微波吸收材料等。
高吸水性树脂（聚丙烯酸盐）从结构上看，高吸水性树脂具有带亲水基团(如梭基、轻基、梭酸盐、酞胺基等)的低交联的三维空间网络结构。
聚丙烯酸盐类高吸水性树脂它与一般的自由基聚合反应一样，包括链引发、链增长、链转移、链终止等步骤。
用碱或更弱酸的盐，与丙烯酸进行中和链引发链增长交联后的聚丙烯酸盐技术路线和实验条件：在三口反应瓶中加入计量的环己烷、分散剂，充分搅拌。
升至一定温度之后，加入丙烯酸单体溶液和交联剂，用氮气排除反应系统内的氧气，搅拌均匀之后，加入引发剂。
升温至聚合温度，反应一段时间，保温。
冷却，加入甲醇分离聚合物，洗涤，放入干燥箱中进行干燥，并在真空干燥箱中进行进一步干燥。
导电聚苯胺的制备方法及应用
导电聚苯胺的制备方法及应用一、导电聚苯胺的概述导电聚苯胺是一种具有良好导电性质的高分子材料，其主要由苯胺单体经过氧化聚合反应形成。
导电聚苯胺具有良好的机械性能、化学稳定性和导电性能，可以被广泛应用于传感器、光伏电池、锂离子电池等领域。
二、制备方法1. 化学氧化法制备导电聚苯胺将苯胺单体溶解在盐酸中，加入过氧化氢作为氧化剂，反应生成阳离子型聚合物。
然后通过还原剂将阳离子型聚合物还原为中性的导电聚苯胺。
2. 电化学合成法制备导电聚苯胺将含有苯胺单体和氧化剂的溶液倒入双极板之间，施加外加电压，在阳极上发生氧化反应，生成阳离子型聚合物。
然后在阴极上还原成中性的导电聚苯胺。
三、影响制备效果的因素1. 氧化剂种类：不同种类的氧化剂对产物结构和性能有不同的影响，常用的有过氧化氢、硫酸铵等。
2. 溶液pH值：pH值对聚合物形态、导电性能等方面都有影响，一般情况下制备导电聚苯胺时，pH值在酸性范围内。
3. 反应温度：反应温度对聚合物的分子量、结晶度、导电性能等都有影响，一般情况下制备导电聚苯胺时，反应温度在室温下进行。
四、导电聚苯胺的应用1. 传感器领域：导电聚苯胺可以作为传感器材料，用于检测各种物质如氧气、二氧化碳、氨气等。
2. 光伏电池领域：导电聚苯胺可以作为光伏材料中的光伏层，提高光伏电池的效率。
3. 锂离子电池领域：导电聚苯胺可以作为锂离子电池中的正极材料，提高锂离子电池的循环稳定性和容量。
五、总结通过化学氧化法和电化学合成法可以制备导电聚苯胺，制备过程中氧化剂种类、溶液pH值、反应温度等因素会影响产物的结构和性能。
导电聚苯胺可以广泛应用于传感器、光伏电池、锂离子电池等领域，具有广阔的应用前景。
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法，即由苯胺单体在母相聚合物、母相聚合物的单体存在下引发聚合或由聚苯胺与母相聚合物机械共混制备聚苯胺/聚合物复合吸波材料；聚苯胺微管具有新颖的中空结构，使其具有独特的电磁特性，并有望成为一种新型的微波吸收剂，将磁性材料与聚苯胺微管复合，以增强电磁损耗能力。
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参考文献
• [1] 旷英姿. 导电高分子聚苯胺的合成及应用. 精细化工中 间体. 2004年8月,第34卷第4 期 • [2] 景遐斌,ห้องสมุดไป่ตู้利祥,王献红,耿延候,王佛松. 导电聚苯胺的合 成、结构、性能和应用. 高分子学报. 2005年10月, 第5期 • [3] 张连明,司慧涵,谢英男,詹自力,蒋登高. 聚苯胺的合成与 应用研究现状. 广西轻工业. 2007年2月,第2期 • [4] 曹丰,李东旭,管自生. 导电高分子聚苯胺研究进展. 材料 导报. 2007年8月,第21卷第8期 • [5] 王杨勇,强军锋,井新利,姚胜. 导电高分子聚苯胺及其应 用. 化工新型材料. 2003年3月, 第31 卷第3期 • [6] 周媛媛,余旻,李松,李蕾. 导电高分子材料聚苯胺的研究 进展. 化学推进剂与高分子材料. 2007年,第5卷,第6期
• 据上述模型推断聚苯胺的掺杂反应如下:
b.
氧化还原掺杂
• 事实上,除了质子酸掺杂外,我们还发现,聚苯胺也象其 它的导电高分子一样,能够进行氧化还原掺杂,这就是 “碘掺杂”、“光助氧化掺杂”以及“离子注入掺 杂” .
• 以上还原态聚苯胺的氧化掺杂和氧化态聚苯胺的还原掺杂, 与聚苯胺的质子酸掺杂一起,构成了聚苯胺的掺杂行为的 全貌. 显然,究竟发生哪一种掺杂,决定于它的化学结构:
导电高分子聚苯胺简介
Polyaniline
聚苯胺(PANI)
一．前言 二．聚苯胺的结构与性质 三. 聚苯胺的合成方法 四. 聚苯胺的掺杂 五. 聚苯胺的应用
一．前言
聚苯胺自从1984 年, 被美国宾夕法尼亚大学的 化学家MacDiarmid 等重新开发以来, 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, 以其为基础材料, 目前正在开发许多新技术, 例如 全塑金属防腐技术、船舶防污技术、太阳能电池、 电磁屏蔽技术、抗静电技术、电致变色、传感器 元件、催化材料和隐身技术等。
2. 二次电池
• 由于聚苯胺具有良好可逆的电化学氧化还原性能, 因而适宜做电极材料, 制造可以反复充放电的二次 电池。 • Kitani 发现用电化学合成的聚苯胺制成的蓄电池 在1.0～1.7V 之间以1mA/cm2 进行充放电时, 充 放电效率可达100%,充电容量为40Ah/kg, 可循环 2000 次以上。以化学合成的聚苯胺为正极组成全 固态锂电池在2.5～4.0V 之间的充放电效率可达 95%, 循环次数可超过200 次。此外也有研究用聚 苯胺的复合腊制备的二次电池, 其电池容量密度可 达120Ah/kg, 可循环200 次以上。
3. 在金属防腐领域的应用
• 金属腐蚀给国民经济带来了巨大的损失, 由腐蚀引起的破 坏事例遍及所有使用金属的场合。据统计, 每年由于腐蚀 而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的1/3, 造成的 损失非常巨大。 • 聚苯胺作为一种优良的防腐材料逐渐被引起重视, 并且有 可能成为聚苯胺最有希望的应用领域。 • 其防腐机理为: 聚苯胺使金属和聚苯胺膜界面处形成一层 金属氧化膜, 该金属的电极电位处于钝化区, 从而得到保护。 聚苯胺的氧化还原电位比铁高, 当两者相互接触时, 在水和 氧的参与下发生氧化还原反应, 在界面处形成一层致密的 金属氧化膜。 • 作为防腐涂料,无论从试验室结果还是实际检测结果来看, 聚苯胺都是较为理想的, 尤其是其特有的抗腐蚀、抗划伤 能力更是单纯环氧涂层不可比拟的。因此, 聚苯胺类防腐 涂料有较大的实用前景。
a 质子酸掺杂
• 聚苯胺的掺杂机制同其它导电高聚物的掺杂机制完全 不同,其它的导电聚合物的掺杂总是伴随着主链上电子 的得失,而聚苯胺的质子酸掺杂没有改变主链上的电子 数目,只是质子进入高聚物主链上才使链带正电,为维 持电中性,阴离子也进入高聚物的主链。
• 关于PANI 的质子酸掺杂机理和掺杂产物的结构,主要由 “极化子晶格”模型和“四环苯醌变体”模型进行解释。 聚苯胺的主要掺杂点是亚胺氮原子。
4. 在电磁屏蔽材料方面的应用
• 导电聚苯胺具有重量轻、韧性好、易加工和电导 率易于调节的优势, 是一种优良的电磁屏蔽材料。 • 文献报道, 在频率范围10MHz～1GHz 之间, 用高 导电率的聚苯胺作屏蔽材料, 可得到20dB 以上的 屏蔽效力。高导电聚苯胺薄膜的厚度超过20μm 时, 其屏蔽效力大于40dB, 可以满足民用标准。但 用导电聚苯胺作电磁屏蔽材料时, 目前存在的关键 问题是聚苯胺的电导率还不够高。 • 因此, 提高聚苯胺的电导率是今后的主要研究目标。
• 根据对金属/涂层界面结构和聚苯胺状态的跟踪观察的结 果,证明聚苯胺的防腐机理是中间氧化态聚苯胺将铁氧化 成致密的Fe2O3 膜,本身还原;在水的存在下,还原的聚苯胺 被空气中的氧氧化到中间氧化态,继续发挥保护作用; Fe2O3 膜的致密性和中间氧化态聚苯胺的自动再生,是防腐 的关键. 这一机理解释了为什么只用1 %左右的聚苯胺,涂 层就有很好的防腐效果,并且防腐寿命很长,也解释了为什 么无论掺杂和不掺杂的聚苯胺实际上都能防腐.
5. 在抗静电方面的应用
• 聚苯胺电导率可在10-5～105S/m 范围内调节, 与 其它高分子材料的相容性大于金属和炭黑, 并且有 好的稳定性和耐腐蚀性等, 因此有望成为新的抗静 电材料。
6. 在其它方面的应用
• 在电致发光管应用方面, 聚苯胺是重要的新型显示材料之 一, 会大大降低发光二极管的工作电压, 在延长器件寿命方 面,IBM研究小组使用导电聚苯胺作电极的隔离层, 将发光 器件的寿命延长了1000 倍。利用聚苯胺的电致变色特性, 可以用它来做智能窗和各种电致变色薄膜器件, 在军事伪 装方面有着较大的应用前景。利用聚苯胺吸收微波的特性, 法国已研制出了隐形潜艇。 • 通过改变掺杂剂的种类和浓度调整材料的形态, 可精确控 制聚苯胺薄膜的离子透过率及气体透过率、分子尺寸的选 择性, 因此聚苯胺也可用来制作选择性透过膜。聚苯胺在 不同氧化态下体积有显著的不同, 对外加电压有体积响应, 可以用于制造人工肌肉。聚苯胺还可用作光学器件及非线 性光学器件。
三. 聚苯胺的合成方法
• 1 • 2 化学氧化聚合法 电化学聚合法
四. 聚苯胺的掺杂
• “掺杂”一词来源于半导体化学,指在纯净的无机 半导体材料如硅、锗或镓中加入少量具有不同价 态的第二种物质,以改变半导体材料中空穴和自由 电子的分布状态。导电高分子领域的“掺杂”与 无机半导体的“掺杂”概念还是有一定的差别。 无机半导体的掺杂是原子的替代, 掺杂量很低, 没 有脱掺杂过程。而导电高分子的掺杂是氧化还原 过程,其掺杂实质是电荷转移;掺杂量很大,可高达 50 %;导电高分子掺杂具有完全可逆的过程 。
二．聚苯胺的结构与性质
• 其中y 表示氧化-还原程度。氧化度不同的聚苯胺表现 出不同的组分、结构、颜色及电导特性,如从完全还 原态(Leuco-emeraldiline , LB y = 1) 向完全氧化态 ( Pernigraniline , PB y = 0) 转化的过程中,随氧化度的 提高聚苯胺依次表现为黄色、绿色、深蓝、深紫色和 黑色。
五. 聚苯胺的应用
• • • • • • 1. 2. 3. 4. 5. 6. 防腐涂料 二次电池 在金属防腐领域的应用 在电磁屏蔽材料方面的应用 在抗静电方面的应用 在其它方面的应用
1.
•
防腐涂料
聚苯胺最重要的工业应用可能是防腐涂料.由于聚苯胺难 熔难溶,用纯聚苯胺作涂料不现实,必须与常用的基体树脂 配合使用. 由此带来的主要科学技术问题是(1) 选择合适的 基体树脂,确定防腐涂料的基本配方; (2) 研究聚苯胺与基 体树脂的相互作用,提高聚苯胺在基体中的分散程度,增强 聚苯胺的网络特性; (3) 研究聚苯胺的防腐效率和防腐机制. 经过多年的研究,逐步形成了两种聚苯胺防腐涂料体系,掺 杂态聚苯胺/聚氨酯体系和本征态聚苯胺/脂肪多胺/环氧树 脂体系。