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聚苯胺的化学氧化聚合法(2020年整理).pptx

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导电高分子聚苯胺简介

导电高分子聚苯胺简介

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。

聚苯胺ppt

聚苯胺ppt

• 在开发防腐涂料的同时，开展了聚苯胺防腐机理 的试验研究．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Fe 0 膜， 本身被还原；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； Fe 0 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．
聚苯胺
高分子09-1班 张盼
聚苯胺的合成
• 聚苯胺的合成非常简单。它是由苯胺 通过化学或电化学的方法氧化脱氢形 成醌二亚胺。MacDiarmid研究小组在 1983年发现聚苯胺与酸碱的反应，实 际上就是掺杂反。加上它的原料廉价、 合成容易、稳定性很好，很快成为导 电高分子研究的热点之一。
聚苯胺的可加工性
聚苯胺防腐涂料体系
• 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， 申报了中国专利 ．聚氨酯和环氧树脂优异 的成膜性能和聚苯胺的防腐功能相结合， 使这两种涂料的施工性能、漆膜机械物理 性能达到了实用要求．通过在海水中的挂 片试验和实验室内的盐水和盐雾试验，确 认了它们的防腐效果．相关生产技术已进 行试验和产品鉴定，正在组织生产．
• 存在的问题
• 可加工性是聚苯胺和其它导电高分子获得实际应 用的关键，也是上个世纪90年代以来人们一直致 力解决的难题．高分子要导电，必须有共轭结构， 一旦形成共轭结构，聚合物往往不溶不熔，失去 可加工性．在适当条件下聚合后处理，聚苯胺可 以溶解在NMPN-甲基吡咯烷酮中，甚至DMF二甲 基甲酰胺中，从而可以通过溶液浇铸，制备自支 撑膜．但这种溶解性仅限于本征态聚苯胺，掺杂 以后，仍然不溶不熔．

有机导电材料-聚苯胺PPT

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。
感谢观看
THANKS
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，

聚苯胺合成方法

聚苯胺合成方法

聚苯胺合成方法
聚苯胺是一种神奇的材料哇！那它咋合成呢？其实聚苯胺可以通过化学氧化聚合法合成呢。

把苯胺单体溶解在酸性溶液中，然后加入氧化剂，比如过硫酸铵。

这就像一场化学反应的大派对，苯胺单体和氧化剂在酸性环境中欢快地跳舞，最后生成聚苯胺。

在这个过程中，可得注意控制反应温度和时间哦！温度太高或者时间太长，可能会搞砸这场派对，得到不理想的产物呢。

那这个过程安全不？嘿，只要严格按照操作规程来，那还是挺安全稳定的。

做好防护措施，比如戴手套、护目镜啥的，就没啥大问题。

聚苯胺有啥用呢？它的应用场景可广啦！可以用在防腐领域，就像给金属穿上一层坚固的铠甲，保护它们不被腐蚀。

还能用于传感器，敏感地感知周围环境的变化，就像一个超级敏锐的小侦探。

它的优势也不少呢，比如导电性好、稳定性高。

这多棒啊！
咱来看看实际案例呗。

有个工厂用聚苯胺做防腐涂层，哇塞，效果那叫一个好。

金属设备的使用寿命大大延长，节省了好多成本呢。

聚苯胺合成方法简单，应用广泛，优势明显，简直就是材料界的一颗明星哇！咱可得好好利用它，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜。

聚苯胺演示文稿-

聚苯胺演示文稿-
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。
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:
四、聚苯胺的应用
溶解 性
氧化 还原 可逆
性
防腐 蚀
电磁 屏蔽
导热 性
抗静 电
聚苯胺的性能
导电性
聚苯胺的应用： 1、聚苯胺可用作防腐蚀涂料 2、聚苯胺可用作抗静电和电磁屏蔽材料 3、聚苯胺可用作二次电池的电极材料 4、聚苯胺可用作选择电极 5、聚苯胺可用作特殊分离膜 6、聚苯胺可用作高温材料 7、聚苯胺可用作太阳能材料
1、聚苯胺可用作防腐蚀涂料
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。
电化学聚合法主要有：恒电位法、恒电流法、 动电位扫描法以及脉冲极化法。
目前主要采用电化学方法制备PANI电致变色 膜，但是，采用电化学方法制备PANI电致变色 膜时存在如下几点缺陷

制备聚苯胺纳米纤维的方法

制备聚苯胺纳米纤维的方法

制备聚苯胺纳米纤维的方法嘿，咱今儿就来唠唠制备聚苯胺纳米纤维的那些事儿！你可别小瞧这聚苯胺纳米纤维，它在好多领域那可都是大显身手呢！要说制备它，那方法可不少。

就好像做饭一样，不同的做法能做出不同风味的菜肴。

咱先说说其中一种常见的方法，叫化学氧化聚合法。

这就好比搭积木，把各种“小零件”按照特定的方式组合起来。

先把苯胺单体放进去，再加入一些氧化剂，然后在合适的条件下，它们就会发生反应，慢慢就长出聚苯胺纳米纤维啦！你说神奇不神奇？还有一种方法叫模板法。

这就好比按照一个模子来塑造东西，有了这个模子，就能让聚苯胺乖乖地长成纳米纤维的样子。

通过选择合适的模板，控制好各种条件，就能得到我们想要的纳米纤维啦！电纺丝法也挺有意思。

想象一下，把聚苯胺溶液通过一个细细的喷头，就像挤面条一样，在电场的作用下，这些细细的“面条”就变成了纳米纤维。

是不是挺有趣的呀？每种方法都有它的特点和优势呢！就像不同的工具，都能在特定的情况下发挥作用。

比如说化学氧化聚合法简单易行，成本也不高；模板法能很好地控制纤维的形状和尺寸；电纺丝法可以制备出连续的纳米纤维。

那在实际操作中，可得注意好多细节呢！温度、浓度、反应时间等等，这些可都不能马虎。

就跟炒菜一样，火候大了小了，调料放多了少了，都会影响最后的味道。

制备聚苯胺纳米纤维也是这样，一个小细节没注意到，可能结果就大不一样啦！咱还得根据具体的需求来选择合适的方法。

是要大规模生产呢，还是要追求高质量？不同的目标就得用不同的方法呀！这就跟你出门是走路、骑车还是开车，得看你的目的地和情况呀！总之呢，制备聚苯胺纳米纤维可不是一件简单的事儿，但也不是高不可攀的。

只要咱掌握了方法，注意了细节，肯定能制备出满意的纳米纤维来。

这可是科技的魅力呀，能让这些小小的纤维发挥出大大的作用呢！你说，咱人类是不是很厉害？能想出这么多巧妙的办法来制备这些神奇的东西！所以呀，别小瞧了这制备的过程，这里面的学问可大着呢！。

聚苯胺

聚苯胺

三. 聚苯胺的合成方法
• 1 • 2 化学氧化聚合法 电化学聚合法
1
化学氧化聚合法
• 聚苯胺的化学氧化聚合法，是在酸性水溶液中用氧化剂使 苯胺单体氧化聚合。化学氧化法能够制备大批量的聚苯胺， 也是最常用的一种制备聚苯胺的方法。 • 化学氧化法合成聚苯胺主要受反应介质酸的种类及浓度、 氧化剂的种类及浓度、单体浓度和反应温度、反应时间等 因素的影响。质子酸是影响苯胺氧化聚合的重要因素，它 主要起两方面的作用：提供反应介质所需要的pH值和以 掺杂剂的形式进入聚苯胺骨架赋予其一定的导电性。 • 苯胺化学氧化聚合常用的氧化剂有：过氧化氢、重铬酸盐、 过硫酸盐、氯化铁等，所得聚苯胺性质基本相同。
聚苯胺的结构
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
2. 聚苯胺的性质 a.导电性
2.选择电极 纳米聚苯胺对于某些离子和气体具有选 择性识别和透过率，因此可作为离子或气 体选择电极。
3.二次电池的电极材料
高纯度纳米聚苯胺具有良好的氧化还原 可逆性，可以作为二次电池的电极材料。
4.抗静电和电磁屏蔽材料
由于它具有良好的导电性，且与其它高 聚物的亲合性优于碳黑或金属粉，可以作 为添加剂与塑料、橡胶、纤维结合，制备 出抗静电材料及电磁屏蔽材料(如用于手机 外壳以及微波炉外层防辐射涂料、和军用 隐形材料等)。
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. 聚苯胺的应用
一．前言

聚苯胺演示文稿-

聚苯胺演示文稿-
较常用的氧化剂：过硫酸铵((NH4)2S2O8)、 重铬酸钾(K2Cr2O7)、过氧化氢(H2O2)、碘酸钾 (KIO3)和高锰酸钾(KMnO4)等。
常见实施方法：溶液聚合法、本体聚合法、乳 液聚合法、水体系沉淀聚合法等。
乳液聚合法
乳液聚合法制备聚苯胺有以下优点：
①用无环境污染且低成本的水为热载体，产物不 需沉析分离以除去溶剂；
电化学聚合法主要有：恒电位法、恒电流法、 动电位扫描法以及脉冲极化法。
目前主要采用电化学方法制备PANI电致变色 膜，但是，采用电化学方法制备PANI电致变色 膜时存在如下几点缺陷
(1)不能大规模制备电致变色膜； (2)PANI膜的力学性能较差； (3)PANI膜与导电玻璃基底粘结性差。
三、聚苯胺的掺杂
②若采用大分子有机磺酸充当表面活性剂，则可 一步完成质子酸的掺杂以提高聚苯胺的导电性；
③通过将聚苯胺制备成可直接使用的乳状液，可 在后加工过程中，避免再使用一些昂贵(如NMP) 的或有强腐蚀性(如H2SO4)的溶剂。
2、电化学聚合法
一般都是An在酸性溶液中，在阳极上进行聚合 。电化学合成法制备聚苯胺是在含An的电解质溶 液中，使An在阳极上发生氧化聚合反应，生成粘 附于电极表面的聚苯胺薄膜或是沉积在电极表面 的聚苯胺粉末。Diaz等人用电化学方法制备了聚 苯胺薄膜。
2、聚苯胺的结构与性质
聚苯胺有多种结构，这是由反应条件决定的， 它们之间的转化关系如下[12,13]：
其中，聚苯胺最重要的存在形式是翠绿苯 胺（EM，emeraldine），它具有导电性，通常 可以在酸性条件下（如盐酸）通过化学氧化法 制得，如果氧化剂过量，翠绿苯胺就被氧化成 全氧化态聚苯胺（PNB，blue protonated pernigraniline)，这种形态的聚苯胺可能具有导 电性。对酸性条件下的全氧化态聚苯胺进行加 碱处理，就产生紫罗兰色的PB（pernigraniline base），它不具有导电性。 如果翠绿苯胺也用 碱处理一下，就会生成EB（emeraldine base ），EB是蓝色的不具有导电性。EB和全氧化 态聚苯胺都是蓝色的，但是深浅不一样。此外 ，翠绿苯胺可以被还原成无色的 LEB(leuoemeraldine).

有机导电材料——聚苯胺PPT

有机导电材料——聚苯胺PPT
聚苯胺
材料学院
李世林
目录
1
结构特性
2
应用前景
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电致变色性
2
3
4
5
1.掺杂
掺杂通常是指为了改善某种材料或物质的性能，有目的在这种材料或基质中，掺入 少量其他元素或化合物
多壁碳纳米管浸入一种樟脑磺酸-苯胺 溶液(1ml)，并保持在 室温下12小时。苯胺的吸收之后，然后转移到樟脑磺酸过硫 酸铵水溶液(1ml)在冰水中不同时间聚合苯胺
先用乙醇 - 水（1：1 ）的洗涤混合物，再用无水乙醇洗为35次。
将样品通过超临界干燥机中，随后加热至60 C 24干燥
3
实际应用
实际应用 1
THANK YOU！
另外，电导率较高的样品温度依赖性较 弱，而电导率较低的样品温度依赖性较 强。聚苯胺的电导性不仅与主链结构有 关，而且与取代基及取代位置有关。苯 环上取代的聚苯胺由于取代基增大了苯 环间的平面扭曲角，使主链上的P电子 定域性增强，致使高分子的电导率降低。 而在胺基氮原子上取代的苯胺衍生物电 导率和其烷基取代基的长短有关，即取 代基越长，产物的分子量越低，在有机 溶剂中的溶解度越大，但电导率随之下 降。芳香基取代的聚苯胺的电导率高于 烷基衍生物的电导率。有人还尝试碳纳 米管掺杂聚苯胺，结果表明碳纳米管的 掺入可以有效地提高聚苯胺材料的电性 能，但对光性能有着相反的影响。
3.吸波材料
吸波材料的吸波原理是吸收或衰减入射电磁波，并将电磁能转变成热能 或其它形式的能量而耗散掉。聚苯胺是一类电损耗型吸波材料，其吸波 性能与其介电常数、电导率等密切相关。其中PAn具有二电子共轭体系， 其导电性可以在绝缘体、半导体和金属之间变化，且具有可分子设计和 合成、结构多样化、密度小、吸收频带宽、电磁参数可调、易复合加工 等特点，避免了磁性金属吸波材料抗老化、耐酸碱能力、频谱特性等性 能差的缺点。但PAn链间刚性强，脆性大，将它复合后可加以改善，有 人制备了DBSA掺杂PAn/MMTNCs ，在2～18GHz范围内具有微波吸收 性能，在13～14GHz范围内反射损耗小于-10dB，在13GHz处的最大反 射损耗为-10.3dB。美国等已经将其用作远距离加热材料，用于航天飞机 中的塑料焊接技术。还把聚苯胺复合制成具有光学透明性雷达吸波材料， 喷涂在飞机座舱盖、精确制导武器的光学透明窗口上，以减弱目标的雷 达回波。

合成聚苯胺的方法

合成聚苯胺的方法

合成聚苯胺的方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊合成聚苯胺的方法，这可有意思啦！你想想看，聚苯胺就像是一个神秘的小宝贝，等着我们去把它“变”出来。

那怎么变呢？首先啊，咱得有一些材料，就像做饭得有食材一样。

一般来说，常用的方法就是化学氧化聚合法。

这就好比搭积木，一步一步来。

咱把苯胺单体放进去，就像给这个“小宝贝”准备了最基本的“身体部件”。

然后呢，再加上氧化剂，这氧化剂就像是给它注入了一股神奇的力量，让它开始发生变化。

这过程中可得注意啦，温度、浓度这些都得把握好，不然这个“小宝贝”可就长歪啦！这就跟养孩子似的，得精心照顾着。

要是温度太高了，那不就像给孩子穿太多，热坏啦；要是浓度不合适，那也不行呀，就像给孩子吃的东西不对，能健康成长吗？还有啊，反应时间也很关键呢！时间太短，可能还没反应完全；时间太长，又怕出什么岔子。

这就好像跑步比赛，跑太快容易摔倒，跑太慢又拿不到好成绩。

在这个过程中，你得时刻盯着，就像看着自己最宝贝的东西一样，生怕出一点差错。

等反应结束啦，嘿，你就会看到那神奇的聚苯胺出现啦，就跟变魔术似的！咱再说说另外一种方法，乳液聚合法。

这就像是做蛋糕，得把各种材料搅拌均匀。

把苯胺单体和一些其他的东西放在一起，然后通过特殊的手段让它们好好地融合在一起。

这可得有耐心，不能着急。

就像你做蛋糕的时候，要是着急了，蛋糕可能就做不好啦。

而且啊，每一步都得细心，一个小细节没注意到，可能最后合成出来的聚苯胺就不是你想要的那个样子咯。

还有模板聚合法呢，这就像是按照一个模子来塑造东西。

有了这个模子，聚苯胺就能按照我们想要的形状和结构长出来。

哎呀呀，合成聚苯胺的方法真是各有各的奇妙之处！你说这是不是很有意思？咱通过自己的努力和智慧，就能把这些材料变成有用的聚苯胺。

这就像我们在生活中，通过自己的努力把一些普通的事情变得不普通一样。

所以啊，朋友们，大胆去尝试吧！去探索合成聚苯胺的奇妙世界，说不定你就能发现一些别人没发现的小窍门呢！别害怕失败，就像走路会摔跤一样，那都是成长的过程呀！加油吧！。

聚苯胺

聚苯胺

聚苯胺摘要: 结合聚苯胺目前研究的现状, 综述了聚苯胺的结构、特性。

合成及应用。

聚苯胺的结构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。

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。

聚苯胺的特性1电化学性质及电致变色性能聚苯胺在不同氧化态之间能够进行可逆的氧化还原反应,在酸性条件下,聚苯胺的循环伏安曲线上可出现三对清晰的氧化还原峰。

氧化还原峰的峰值电流和峰值电位随膜厚不同而异;阴极和阳极峰值电流与扫描速度的均方根呈线性关系。

随溶pH值的升高,聚苯胺膜的电活性降低,当pH< 3时,其电活性逐步消失。

当电位在- 0. 2V + 1. 0V. vs.SCE之间扫描时聚苯胺的颜色随电位变化而变化。

由淡黄色( - 0. 2V)而黄绿( + 0. 5V)至暗紫红( + 0.8V )最后蓝黑( + 1. 0V )呈现完全可逆的电化学活性和电致变色效应。

当电位扫描范围缩小至- 0. 15V + 0. 4V时,其电致变色的重复次数可增至106。

可逆的电化学活性、较高的室温电导率、大的比表面积和稳定性等特性,使聚苯胺在二次电池上显示出极大的应用前景。

电致变色特性也可作为很好的电致变色器,它将在军事伪装和节能窗等方面有着诱人的前景2光电性质及非线性光学特性聚苯胺受光辐射时可产生光电流,具有显著的光电转换特性。

Volkov[12]指出聚苯胺是一种P型半导体。

在800A的聚苯胺薄膜下可记录到0. 15 0.25LAcm- 2的光电流。

Genies,et al.[13]还发现,聚苯胺在不同光源情况下的响应非常复杂,同光强与聚苯胺的氧化态有密切关系,聚苯胺对光的响应非常迅速。

在激光作用下,聚苯胺表现出突出的非线性光学特性,微微秒级光转换研究表明聚苯胺具有较高的三阶光学非线性系数 10-11esu,中科院化学研究所的万梅香[14]发现,其三阶非线性光学效应强烈地依赖于其主链结构、链的取向和构象、掺杂程度以及压力和聚合条件诸多因素。

聚苯胺的合成及其电化学性能研究

聚苯胺的合成及其电化学性能研究

聚苯胺的合成及其电化学性能研究聚苯胺是一种具有重要应用价值的有机高分子材料，其在电化学传感器、光电转换器、电磁波屏蔽等领域都有广泛的应用。

本文将介绍聚苯胺的合成方法及其电化学性能研究进展。

一、聚苯胺的合成方法1. 化学氧化法聚苯胺最常用的合成方法之一是化学氧化法。

该方法是将苯胺与氧化剂反应，生成聚苯胺。

常用的氧化剂有过氧化氢、过氧化铵、氯酸钾等。

在实验中，通常将苯胺与氧化剂混合溶液在低温下反应，反应后用水洗涤、乙醇洗涤等步骤进行纯化。

2. 电化学合成法电化学合成法是另一种常用的聚苯胺合成方法。

该方法是在电解池中将苯胺置于阳极处进行电化学氧化，在电极表面生成聚苯胺。

实验中，电化学合成法的电解液通常为硫酸和苯胺；电极材料常为铂、金等贵金属。

3. 辐射法辐射法是一种新型合成聚苯胺的方法，该方法利用辐射原理，将苯胺溶液辐照一段时间后合成聚苯胺。

该方法具有无需氧化剂，反应时间短等优点，但现阶段还存在一些问题需要解决。

二、聚苯胺的电化学性能研究进展1. 电学导电性聚苯胺是一种具有良好导电性的高分子材料。

研究表明，聚苯胺的导电性与其掺杂物种类和浓度、氧化程度、结晶度等因素密切相关。

目前，常用的掺杂物有磺酸、盐酸、硝酸等，掺杂浓度过高会降低聚合物的导电性。

2. 电化学性能聚苯胺具有良好的电化学性能，可以作为电极材料用于电化学传感器、光电转换器等领域。

研究表明，聚苯胺电极对氨气、氧气、亚硝酸等物质具有良好的响应性。

此外，聚苯胺还可以作为超级电容器电极材料，具有高电容性能，可以应用于电动汽车、智能电网等领域。

3. 应用领域由于聚苯胺具有良好的电学导电性和电化学性能，因此被广泛应用于电化学传感器、光电转换器、电磁波屏蔽等领域。

此外，聚苯胺还可以用作催化剂载体、气体分离膜等材料，在能源、环保等领域也有广泛的应用。

综上所述，聚苯胺具有广泛的应用前景和研究价值。

随着社会科技的不断进步，聚苯胺的合成方法和性能研究也将不断完善，推动聚苯胺的应用领域不断扩展。

聚苯胺的制备方法

聚苯胺的制备方法

聚苯胺的制备方法
聚苯胺的制备方法有很多种，其中一种比较常见的方法是通过化学氧化聚合反应制备。

具体步骤如下：
1. 准备好苯胺和氧化剂。

2. 在磁力搅拌器上搅拌苯胺溶液，使其保持均匀状态。

3. 慢慢地添加氧化剂溶液到苯胺溶液中，同时继续搅拌。

这个过程需要控制好加氧化剂的速度和量，以免反应过程失控。

4. 在反应过程中，可以适时调节反应温度和pH值，以影响聚苯胺的形态和性质。

5. 反应结束后，将产物从溶液中分离出来，并进行洗涤和干燥处理。

需要注意的是，聚苯胺的制备过程中需要注意安全，尤其是处理氧化剂时要格外小心，以免发生意外。

聚苯胺的一种合成方法与流程专利

聚苯胺的一种合成方法与流程专利

一、概述聚苯胺（Polyaniline，PANI）是一种重要的有机导电高分子材料，具有良好的导电性、稳定性和光学性质，广泛应用于传感器、储能设备、电磁屏蔽材料等领域。

在聚苯胺的合成方法中，存在着多种不同的合成途径和反应条件，其中一种较为常用的方法是通过氧化聚合反应合成，其合成路线相较于其他方法更为简单、环保且产率高。

二、氧化聚合合成方法氧化聚合合成方法是一种通过氧化剂（如FeCl3、APS等）在辅助酸性溶液（如HCl）中将苯胺单体氧化成聚苯胺的反应。

该方法具有合成条件温和、产品纯度高等优点，是一种较为常用的合成方法。

以下为氧化聚合合成方法的一种具体流程：1. 材料准备苯胺（C6H5NH2）：1mol氢氯酸（HCl）：浓度为37的溶液过氧化苯甲酰（APS）：摩尔比与苯胺为1：12. 反应步骤（1）制备苯胺溶液：将苯胺加入适量的HCl中，搅拌溶解得到苯胺溶液。

（2）氧化聚合反应：将苯胺溶液与APS按1:1的摩尔比混合，加入辅酸性溶液中进行氧化聚合反应。

3. 反应控制（1）温度控制：反应温度通常控制在0-5摄氏度，过高的温度容易导致产物氧化程度过高，使聚苯胺结构受损。

（2）时间控制：反应时间通常为数小时至一天不等，需根据具体条件进行调整。

三、实施案例与优势经过氧化聚合反应合成的聚苯胺具有高导电性、良好的溶解性、良好的稳定性和成本较低等优点。

在某专利中，研发团队采用了氧化聚合合成方法成功合成了一种高质量的聚苯胺材料，并根据其实验结果申请了相关的专利，其具体特点包括：1. 优质产品：该合成方法得到的聚苯胺产品具有较高的形貌均一性和导电性，适用于电子器件领域。

2. 高产率：该合成方法具有较高的产率，合成反应条件易于控制。

3. 环保性：该合成方法中不需大量的有机溶剂，具有较好的环保性。

四、结论与展望氧化聚合合成方法作为一种常用的聚苯胺合成途径，具有合成条件温和、产品质量优良、易于扩展产量等优点，且在实际应用中取得了一定的成功案例。

化学氧化聚合法合成高电导率聚苯胺研究进展

化学氧化聚合法合成高电导率聚苯胺研究进展

1. 2
质子酸
质子酸也是影响苯 胺氧 化聚合 过程 的一 个重 要因 素 , 其
在聚合反应中有 两 方面 作用 , 一是 提供 聚 合反 应所 需 的 pH 值 , 另一方面作为掺杂剂使产物可以导电。聚合体系 pH 值对 反应历程以及聚合产物的性质有着 至关重要 的影响。 O hsaka 等 等
[ 11]
Key words po ly aniline, electrical conductiv ity, chemical ox idativ e po ly mer izatio n, molecula r structure
聚苯胺 ( P A NI) 具 有多 样结 构 , 独特 的掺 杂机 制 , 良好 的 稳定性和原料价廉 易得等 优点 , 一 直是高 分子 领域的 研究 热 点 , 在诸多领域都有良好的应 用前景 [ 1] 。然而 , 聚 苯胺的 电导 率目前仍然较低 , 通常在 10S/ cm
聚合温度
聚合温度是影响 所得聚 苯胺 分子 量、 结晶 性和 电学 性质
的另一个重要因 素。苯胺 的聚合 为放 热反 应 , 在较 高温 度下 进行时 , 反应 产生的大量热量会使反应 速率不断 加快 , 直至发 生暴聚 , 导致 所得聚苯胺分子链上生成 大量缺陷 , 严重 影响产 物的电导率 [ 18] 。大量研究表 明 , 低 温聚合 有利于 获得高 分子 量和结晶性好的聚苯胺 , 同时有利于减 小产物的 分子量分 布 , 从而提高所得聚苯胺 的电 导率。很 多研究 人员 , 如 Scheer [ 19] 和 O htani[ 20] 等 , 都 曾 经 在较 低 的 合 成 反 应 温 度 ( - 20 ~ 50 ∀ ) 下得到电导率较 高的聚苯胺 , 该 结果主要 是因为 低温聚 合可使聚苯胺的 分子 量大幅 提高。 根据 已有 报道 [ 21] , 在 0 ∀ 下聚合所得聚苯胺的重均分子量大约为 70000, 而 在 - 35 ∀ 下 所得样品的重均分子量可达 430000。然而由于聚苯 胺具有线 性分子结构和一维 导电 机制 , 其分 子量 的大幅 增加 只在 一定 范围内对应于电导率的增大。很多 研究人员已 经注意 到这一 现象 , 如 A dams 等[ 22] 发现 , 在 0 ∀ 以下合成所得聚苯胺的电导 率并未比常温下合成 所得产 物高 ; M acDiar mid 通 过凝胶 渗透 色谱法得到了不同分子量的聚苯 胺 , 电 导率测定 结果表明 , 分 子量为 2 万的聚 苯胺 的电 导率 为 2 5S/ cm, 当 分子 量上 升到 17 万时 , 其 电导率增加到 17S/ cm, 但 该值并 未随 聚苯胺 分子 量的继续上升而增大 [ 23] 。由 聚苯胺的 导电机 理可 知 , 其 电导 率大幅提高的瓶颈为分子链间 较低的载流 子传导能 力。降低 合成温度可以提高聚苯胺分子量 , 减少 分子链缺 陷 , 同 时提高 其结晶度。虽然增大分子量和减少 分子链缺陷 可以有 效提高 载流子在聚苯胺分 子链 内的 传导能 力 , 但由于 聚苯 胺结 晶度 并不会随着聚合温 度的 大幅 下降而 明显 增大 , 因此 载流 子在 分子链间的传导能 力没 有在 降低聚 合温 度后得 到很 大改 善 , 这是降 低 聚 合 温 度 并 不 能 大 幅 提 高 聚 苯 胺 电 导 率 的 本 质 原因。

一 聚苯胺的合成方法

一 聚苯胺的合成方法

一聚苯胺的合成方法聚苯胺的合成方法很多，但常用的合成方法有两大类：化学合成和电化学合成。

(1) 化学合成法化学合成法是利用氧化剂作为引发剂在酸性介质中使苯胺单体发生氧化聚合，具体实施方法有如下几种。

①化学氧化聚合法聚苯胺的化学氧化聚合法，是在酸性条件下用氧化剂使苯胺单体氧化聚合。

质子酸是影响苯胺氧化聚合的重要因素，它主要起两方面的作用：提供反应介质所需要的pH值和以掺杂剂的形式进入聚苯胺骨架赋予其一定的导电性。

聚合同时进行现场掺杂，聚合和掺杂同时完成。

常用的氧化剂有：过氧化氢、重铬酸盐、过硫酸盐等。

其合成反应主要受质子酸的种类及浓度，氧化剂的种类及浓度，单体浓度和反应温度、反应时间等因素的影响。

化学氧化聚合法优点在于能大量生产聚苯胺，设备投资少，工艺简单，适合于实现工业化生产，是目前最常用的合成方法。

②乳液聚合法乳液聚合法是将引发剂加入含有苯胺及其衍生物的酸性乳液体系内的方法。

乳液聚合法具有以下优点：采用环境友好且成本低廉的水作为热载体，产物无需沉淀分离以除去溶剂；合成的聚苯胺分子量和溶解性都较高；如采用大分子磺酸为表面活性剂，则可一步完成掺杂提高导电聚苯胺电导率；可将聚苯胺制成直接使用的乳状液，后续加工过程不必再使用昂贵或有毒的有机溶剂，简化了工艺，降低了成本，还可以克服传统方法合成聚苯胺不溶不熔的缺点。

③微乳液聚合法微乳液聚合法是在乳液法基础上发展起来的。

聚合体系由水、苯胺、表面活性剂、助表面活性剂组成。

微乳液分散相液滴尺寸(10~100nm)小于普通乳液(10~200nm)，非常有利于合成纳米级聚苯胺。

纳米聚苯胺微粒不仅可能解决其难于加工成型的缺陷，且能集聚合物导电性和纳米微粒独特理化性质于一体，因此自1997年首次报道利用此法合成了最小粒径为5nm的聚苯胺微粒以来，微乳液法己经成为该领域的研究热点。

目前常规O/W型微乳液用于合成聚苯胺纳米微粒常用表面活性剂有DBSA、十二烷基磺酸钠等，粒径约为10~40nm。

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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[19]。1985 年，DeBerry 发现，在酸性介质中用电化学法合成的聚苯胺膜能使不锈钢表面活性钝化而防腐，这一特点引起了人们的 关注，从此人们在腐蚀防护领域开始了导电高分子膜的应用研究[20]。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。
近年来，报道了聚苯胺的反向(油包水)微乳液聚合法。用超声波辅助反向微乳液聚合法合成聚苯胺。苯胺 的聚合发生在分散且狭窄的水相池中，超声波起到加速聚合速率的作用，并且将很容易聚集在一起的聚苯 胺纳米颗粒进行分散，能够较好地控制聚苯胺颗粒的形态和尺寸。用这种方法可制得尺寸在 10～50nm 之 间的聚苯胺球形颗粒，颗粒尺寸的减小有利于掺杂以提高电导率[10]。
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。研究结果 显示，聚苯胺在环境 pH 值≥7 时具有完全氧化态(LEB)和半氧化态(EB)结构，这两种结构的聚苯胺在金属的 防护过程中，只起到一种机械隔离作用，它类似于金属表面的非金属涂装保护这种形式，当金属表面的 聚 苯胺有缺损时，它对该部位不能起到保护作用；而当聚苯胺在环境 pH 值<7 时，聚苯胺结构发生变化 ，形 成聚苯胺盐(ES)形态，此时聚苯胺具有良好的导电性和电化学活性。当金属表面的聚苯胺有缺损时 ，它对 该部位起一种催化钝化作用，使缺损聚苯胺涂层的金属裸露部分在酸性条件下，发生阳极氧化反 应，快速
3. 乳液聚合法
乳液聚合法制备聚苯胺有以下优点：以水作热载体，产物不需沉析分离以除去溶剂；采用大分子有机磺酸 作表面活性剂，可一步完成质子酸的掺杂从而提高聚苯胺的导电性；通过将聚苯胺制备成可直接使用的乳 状液，可在后加工过程中，避免再使用一些昂贵(如 NMP)或有强腐蚀性(如浓硫酸)的溶剂。具体操作步骤 如下：在反应器中加入苯胺与十二烷基苯磺酸，混合均匀后依次加入水、二甲苯，充分搅拌，得到透明乳 液。然后向乳液中滴加过硫酸铵水溶液，体系颜色很快变深，保持体系温度 0～20℃，继续搅拌，然后加 入丙酮破乳，过滤，依次用水、十二烷基苯磺酸溶液洗涤至滤液基本无色，干燥，得到掺杂的聚苯胺粉末 [8]。用这种方法生产聚苯胺，其聚合产率大于 80%，聚苯胺的电导率大于 1S/cm；并且在有机溶剂中的溶 解性与用化学氧化合成的聚苯胺相比有显著的提高。
当前，制备水溶性的聚苯胺引起了广泛的关注。在苯环或氮原子上引入酸基，被广泛地用于制备水溶性的 聚苯胺[13]。采用大尺寸的功能酸，如樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、磺基水杨酸[14]，作掺杂剂可制得溶解 性较好的掺杂态聚苯胺。文献报道，用包含亲水的氧化乙烯低聚体的质子酸作为掺杂剂，可方便地制得水 溶性的导电聚苯胺，其电导率在 10-3～10-2S/cm 之间[15]。采用水-油二相乳液聚合方法，以十二烷基苯磺 酸为乳化剂和掺杂剂，过硫酸铵为引发剂可制备出可溶性聚苯胺[16]。利用聚乙烯醇作稳定剂和成膜剂， 可制备稳定的聚苯胺水基胶体分散液[17]。采用以有机溶剂、水混合或双相体系为溶剂进行聚合的方法可 制备高溶解性的不同分子量的聚苯胺[18]。通过苯胺与一些带有极性和可溶性基团的苯胺衍生物，如：邻 氨基苯磺酸、邻氨基苯甲醇、N-(4-磺苯基)苯胺、邻胺基苯甲酸、邻甲氧基苯胺等发生共聚，得到溶解性和 可加工性较好的共聚态聚苯胺。
3 聚苯胺的溶解性
由于聚苯胺链的强刚性和链间的强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。当今，改善聚苯胺的可溶性和可加工性已成为国内外研究者们非常关注的课题。本征态 聚苯胺只能溶于少数几种溶剂,如 N-甲基吡咯烷酮、二甲基丙烯脲、间甲酚、浓硫酸[11]等，严重限制了聚 苯胺的可加工性。如何提高聚苯胺在溶剂中的溶解性成为解决其可加工性的关键。聚苯胺溶液即使在很低 的浓度(<5%w/w)下也有较强的凝胶化倾向，在纺丝溶液所需要的高浓度(>20%w/w)下，凝胶化倾向变得更 加明显。文献报道，以 N-甲基吡咯烷酮为溶剂溶解高分子质量的聚苯胺，并加入二甲基氮丙啶作为凝胶抑 制剂，可获得稳定的、高浓度(>20%w/w)的溶液，这是因为二甲基氮丙啶破坏了分子链间的氢键，阻碍了 凝胶作用[12]。
2. 电化学聚合法
电化学法制备聚苯胺是在含苯胺的电解质溶液中，选择适当的电化学条件，使苯胺在阳极上发生氧化聚合 反应，生成粘附于电极表面的聚苯胺薄膜或是沉积在电极表面的聚苯胺粉末。操作过程如下：氨与氢氟酸 反应制得电解质溶液，以铂丝为对电极，铂微盘电极为工作电极，Cu/CuF2 为参比电极，在含电解质和苯 胺的电解池中，以动电位扫描法进行电化学聚合，反应一段时间后，聚苯胺便牢固地吸附在电极上，形成 坚硬的聚苯胺薄膜。电化学方法合成的聚苯胺纯度高，反应条件简单且易于控制。但电化学法只适宜于合 成小批量的聚苯胺。主要的电化学聚合法有：动电位扫描法、恒电位法、恒电流法和脉冲极化法。最普遍 采用的是动电位扫描法，其特点是成膜较为均匀，膜与电极粘着较好。恒电流聚合也能达到这一目的，其 特点是成膜快，操作方便。用脉冲极化法可以得到较厚的膜。影响聚苯胺的电化学法合成的因素有：电解 质溶液的酸度、溶液中阴离子种类、苯胺单体的浓度、电极材料、电极电位、聚合反应温度等[7]。电解质 溶液酸度对苯胺的电化学聚合影响最大，当溶液 pH<1.8 时，聚合可得到具有氧化还原活性并有多种可逆颜 色变化的聚苯胺膜；当溶液 pH>1.8 时，聚合则得到无电活性的惰性膜。反应过程中，电极电位控制氧化程 度，聚合电位和聚合电流都不宜过大，聚合电流高于 0.18V 时，则引起膜本身不可逆的氧化反应，使其活 性下降。
4. 微乳液聚合法
微乳液聚合体系由水、苯胺、表面活性剂、助表面活性剂组成，所得聚合物微乳液乳胶粒粒径分要窄得多，而且所得聚合物分子质量很高，一般在 l06 以上。与传统乳液聚 合法相比，微乳液聚合法可大大缩短聚合时间(3h)，并且所得产物的电导率和产率均优于采用传统乳液聚 合法合成的聚苯胺。用微乳液聚合法制得的聚苯胺链结构规整性好、结晶度高，而且可以合成出具有纳 米 尺寸的聚苯胺颗粒，具有较好的溶解性[9]。
学海无涯
聚苯胺的化学氧化聚合法，是在酸性水溶液中用氧化剂使苯胺单体氧化聚合。化学氧化法能够制备大批量 的聚苯胺，也是最常用的一种制备聚苯胺的方法。化学氧化法合成聚苯胺主要受反应介质酸的种类及浓度、 氧化剂的种类及浓度、单体浓度和反应温度、反应时间等因素的影响。质子酸是影响苯胺氧化聚合的重要 因素，它主要起两方面的作用：提供反应介质所需要的 pH 值和以掺杂剂的形式进入聚苯胺骨架赋予其一 定的导电性。苯胺化学氧化聚合常用的氧化剂有：过氧化氢、重铬酸盐、过硫酸盐、氯化铁等，所得聚苯 胺性质基本相同。也有用过硫酸铵和碳酸酯类过氧化物组成复合氧化剂制备聚苯胺的相关报道[4]。以 Fe2+ 为催化剂和 H2O2 为氧化剂可合成高溶解性的聚苯胺[5]。过硫酸铵不含金属离子，后处理简便，氧化能力 强，是最常用的氧化剂。苯胺聚合是放热反应，且聚合过程有一个自加速过程。如果单体浓度过高，则会 发生暴聚，一般单体浓度在 0.25～0.5mol/L 为宜。在一定的酸浓度范围内，聚合温度与聚苯胺的电导率无 关，但与聚苯胺的分子质量有关。随着聚合温度的降低，聚苯胺的分子质量升高，并且结晶度增加[6]。聚 合反应在装有搅拌器的三口瓶中进行，首先在经氮气置换且保护的三口瓶中，依次加入水、盐酸、苯胺， 然后在搅拌下滴加过硫酸铵的盐酸水溶液。在一定温度下聚合，将得到的产物过滤，用 1mol/L 的盐酸反复 洗涤，然后水洗至滤液基本无色为止。产物在 60℃下，真空干燥 48h，得到墨绿色掺杂态聚苯胺。
学海无涯
恢复表面钝化层[21]。聚苯胺对氧气的渗透起到了屏障作用，使之无法直接渗透到金属表面，从而吸氧腐 蚀无法发生。同时在铁被氧化过程中产生 H+，可以进一步掺杂本征态聚苯胺。通过在聚苯胺上引入磺酸基 团等方法制备可溶性聚苯胺，人们采用机械涂膜的方法在金属表面形成均匀完整的聚苯胺防腐膜，取得了 很好的效果。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。