有机导电材料——聚苯胺PPT

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。

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。

苯胺简介及结构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。

MacDiarmid 重新开发聚苯胺后,在固体13C-NMR及IR研究的基础上提出聚苯胺是一种头尾连接的线性聚合物,由苯环-醌环交替结构所组成,但这种结构和后来出现的大量实验数据相矛盾。

1987年,MacDiarmid进一步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。

聚苯胺的导电原理物质的导电过程是载流子(电子、离子等带电粒子) 在电场作用下定向移动的过程。

通常认为, 高分子聚合物导电必须具备两个条件:一是要能产生足够数量的载流子, 二是大分子链内和链间要能够形成导电通道。

纯的聚苯胺是绝缘体, 要使它变为导体需要掺杂, 就是掺入少量其他元素或化合物。

0<y<1的聚苯胺, 掺杂后能变为导体, y为0.5的中间氧化态聚苯胺(苯式-醌式交替结构) 掺杂后的导电性最好。

而y为1的完全还原态聚苯胺(全苯式结构) 和y为0的完全氧化态聚苯胺(全醌式结构) 即使掺杂也不能变为导体。

一种掺杂聚苯胺的结构式如图所示, x代表掺杂程度, A-是掺杂剂质子酸中的阴离子, y仍代表还原程度。

向聚苯胺中掺入质子酸是一种有效的掺杂方式, 但是使用普通有机酸及无机弱酸获得的掺杂产物电导率不高, 必须用酸性较强的质子酸(如H2SO4、H3PO4、HBr和HCl) 作掺杂剂才可得到电导率较高的掺杂态聚苯胺, 盐酸是最常用的无机掺杂酸。

1聚苯胺结构及导电机理1.1聚苯胺的发现及结构1910年Green等基于对苯胺基本氧化产物的元素分析和定量的氧化还原反应,提出了直接合成的苯胺八偶体的碱式结构为Emeraldine形式和苯胺的五种结构形式,分别命名为Leucoeeral-dinebase(LEB),Emeraldinebase(EB), Penigraniline base(PNB),Protoemeraldine,Nigraniline。

现已公认的聚苯胺的结构式是1987年由MacDiarmid提出的:即结构式中含“苯-苯”连续的还原形式和含有“苯-醌”交替的氧化形式,其中y值表征PAN的氧化还原程度,不同的结构,组分和颜色及导电率。

当y=1是完全还原的全苯式结构,对应着“Leucoemeraldine”;y=0是“苯-醌”交替结构,对应着“Prenigraniline”,均为绝缘体。

而y=0.5为苯醌比为3∶1的半氧化和还原结构,对应“Emeral-dine”,即本征态。

聚苯胺导电率可以通过掺杂率和氧化程度控制,氧化程度通过合成条件来控制。

当氧化程度一定时,导电率与掺杂态密切相关,随掺杂率的提高,导电率不断增大,最后可达10S/cm左右.其中y 表示氧化-还原程度。

氧化度不同的聚苯胺表现不同的组分、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。

当Y=1时，为完全还原的全苯式结构，全还原态！Y=0为“苯-醌”交替结构，全氧化态！而Y=0.5 时为苯，醌比3:1的半氧化半还原结构。

当Y=0.5时的结构是最利于掺杂后载流子传输的结构。

当Y=0或Y=1时，无论其是本征态还是掺杂态都是电绝缘性。

1.2聚苯胺的导电机理利用共轭高聚物容易被氧化还原这一特性，对其进行电化学或化学掺杂，使离子嵌入聚合物，以中和主链上的电荷，从而可使聚苯胺迅速并可逆地从绝缘状态变成导电状态，当用质子酸进行掺杂时，质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上，质子酸发生离解后，生成的氢质子(H+)转移至聚苯胺分子链上，使分子链中亚胺上的氮原子发生质子化反应，生成荷电元激发态极化子。

导电高分子材料聚苯胺导电高分子材料在电子行业、医疗、军工等领域有着广泛的应用。

其中，聚苯胺作为一种重要的导电高分子材料，其应用领域广泛，涉及电池、开关、电容、透明导电薄膜等。

本文将从聚苯胺的基本构成、性质和应用情况入手，介绍这一导电高分子材料的相关知识。

一、聚苯胺的基本构成聚苯胺是由苯胺单体（即苯基胺）聚合而成的高分子材料。

其分子式为（C6H5NH2）n。

由于苯基胺的氮原子上具有不成对电子，因此聚合时能产生氧化还原反应，从而使聚合物变成导电性材料。

常用的聚苯胺有三种形态：胶质态、掺杂态和氧化态。

二、聚苯胺的性质聚苯胺导电性能良好，可用作导电材料。

其电导率在10^2-10^4 S/cm之间，这一导电性能对于研制电子行业中的传感器、场效应管、中间层等具有很大的优势。

同时，聚苯胺具有优秀的稳定性和化学稳定性，可耐酸碱腐蚀。

但聚苯胺易受潮，因此应存放在干燥通风处。

三、聚苯胺的应用1.电化学电容器聚苯胺作为电解质材料或电极材料，广泛应用于电化学电容器中。

其优异的导电性、良好的化学稳定性以及易于制备等优点，使得聚苯胺电化学电容器广泛应用于消费电子、汽车电子、照明等领域。

2.透明导电薄膜聚苯胺材料还可以用于制备透明导电薄膜。

此类薄膜能够转化电能为光能，兼具导电性和透明性，因此具有广泛应用前景。

其应用领域涉及显示器件、触摸屏、太阳能电池等。

3.锂离子电池聚苯胺材料还可以用于制备锂离子电池。

其高的电导率和良好的锂离子传输性能，使得聚苯胺成为一种优良的锂离子电池材料。

此外，聚苯胺制备的锂离子电池还具有高的循环性能和稳定性。

4.其他应用此外，聚苯胺材料还可以应用于制备导电涂料、传感器等领域。

通过改变聚苯胺的结构和组成，可使其性质得以优化。

综上所述，聚苯胺作为一种导电高分子材料，其应用范围非常广泛。

随着科技的不断发展和创新，聚苯胺材料的应用前景更是不可限量。

聚苯胺科技名词定义中文名称：聚苯胺英文名称：polyanilene定义：由苯胺单体聚合而成的高分子。

主链有三种结构形式：氧化掺杂态、全氧化态和中性态。

氧化掺杂态为导电态，其导电率一般为1011~101S/cm。

应用学科：材料科学技术（一级学科）；高分子材料（二级学科）；功能高分子材料（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片聚苯胺（Polyaniline）一种重要的导电聚合物。

聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。

可溶于N-甲基吡咯烷酮中。

目录性质应用性能特点用途性质聚苯胺随氧化程度的不同呈现出不同的颜色。

完全还原的聚苯胺（Leucoemeraldine碱）不导电，为白色，主链中各重复单元间不共轭；经氧化掺杂，得到Emeraldine碱，蓝色，不导电；再经酸掺杂，得到Emeraldine盐，绿色，导电；如果Emeraldine碱完全氧化，则得到Pernigraniline碱，不能导电。

应用聚苯胺具有优良的环境稳定性。

可用于制备传感器、电池、电容器等。

聚苯胺由苯胺单体在酸性水溶液中经化学氧化或电化学氧化得到，常用的氧化剂为过硫酸铵（APS）。

中性条件下聚合的聚苯胺常含有枝化结构。

绿色聚苯胺由苯胺单体在酸性水溶液中经化学氧化或电化学氧化得到，具有良好的导电性能，具有优良的环境稳定性。

可用于制备传感器、电池、电容器等。

聚苯胺通过“氧化还原掺杂”处理，掺杂后的聚苯胺导电率提高10个数量级以上，并改善了其在溶剂中的溶解性和加工性能。

另外，通过特殊方法处理得到的水溶性好的聚苯胺，可以在水性体系里面使用。

聚苯胺可以作为电磁波屏蔽材料，耐腐蚀材料，同时可以吸收微波，还可以用来作为检测空气中氮氧化物的含量的材料以及H2S，SO2等有害气体的含量。

聚苯胺的应用及市场简介如下：聚苯胺是一种高分子合成材料,俗称导电塑料。

它是一类特种功能材料，具有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料的可加工性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，在国防工业上可用作隐身材料、防腐材料，民用上可用作金属防腐蚀材料、抗静电材料、电子化学品等。

聚苯胺负极材料聚苯胺（Polyaniline，简称PANI）是一种重要的聚合物材料，具有广泛的应用前景。

作为一种有机导电材料，聚苯胺在电化学领域中被广泛研究和应用，尤其在锂离子电池等能源存储领域具有重要的地位。

聚苯胺作为锂离子电池负极材料，具有许多优异的特性。

首先，聚苯胺具有良好的导电性能，能够有效地嵌入和释放锂离子，从而实现高容量的储能。

其次，聚苯胺具有较高的化学稳定性和循环稳定性，能够保持较长时间的循环寿命。

此外，聚苯胺还具有较高的比表面积和孔隙结构，有利于锂离子的扩散和传输，提高电池的充放电性能。

聚苯胺的制备方法多种多样，常见的方法包括化学氧化聚合法、电化学聚合法和生物合成法等。

其中，化学氧化聚合法是最常用的制备方法之一。

该方法通过将苯胺单体与氧化剂反应，使其发生聚合反应，形成聚苯胺材料。

电化学聚合法则是利用电化学技术，在电极表面进行聚合反应，制备聚苯胺薄膜或纳米结构。

生物合成法则是利用生物体内的酶或细胞等生物催化剂，通过生物合成途径制备聚苯胺材料。

聚苯胺作为锂离子电池负极材料的研究重点主要集中在提高其电化学性能和循环寿命。

一方面，研究人员通过控制聚苯胺的结构和形貌，调控其电化学性能。

例如，通过引入不同的掺杂物或调节聚苯胺的掺杂程度，可以改善其导电性能和离子传输速率。

另一方面，研究人员还通过改进电极材料的制备工艺和电池组装工艺，提高聚苯胺电极的循环稳定性和容量保持率。

除了在锂离子电池中的应用，聚苯胺还具有广泛的应用前景。

例如，聚苯胺可以用作超级电容器、太阳能电池、传感器等领域的材料。

此外，聚苯胺还可以通过掺杂和复合等方法，制备出具有特殊功能的材料，如导电聚合物复合材料、聚合物光伏材料等。

聚苯胺作为一种重要的聚合物材料，在锂离子电池等能源存储领域具有广泛的应用前景。

通过不断的研究和改进，聚苯胺的电化学性能和循环寿命将得到进一步提高，为能源存储技术的发展做出更大的贡献。

聚苯胺是聚合物，结构分为两种结构单元——氧化单元、还原单元。

聚苯胺的氧化还原程度是可逆可变化的，也就是两种单元的数目可变。

在不同电极电解会发生氧化或还原反应，导致两种单元数目变化。

深绿色、黄绿色是氧化还原程度不同的状态。

至于导电，涉及到惨杂的知识。

聚苯胺虽然有共轭结构，但是自由电子的数量不足以满足导电需求，而且共轭结构当中各个原子的能量不是相等的，会存在能垒，自由电子通过能垒需要获得足够能量，所以导电受到限制，导电性弱。

聚苯胺可以在酸溶液中惨杂，氢离子、酸负离子与聚苯胺分子链成盐结合，形成大量所谓的“极化子”，极化子是一种带电单元，有了极化子，导电性会得到增强。