关于聚苯胺
- 格式:docx
- 大小:90.79 KB
- 文档页数:6
一、实验目的1. 学习聚苯胺的合成方法。
2. 掌握聚苯胺的表征技术。
3. 了解聚苯胺的物理化学性质。
二、实验原理聚苯胺(PANI)是一种导电聚合物,具有良好的生物相容性、机械性能和化学稳定性。
本实验采用氧化聚合法合成聚苯胺,并通过循环伏安法、紫外-可见光谱和扫描电子显微镜对其进行表征。
三、实验器材与药品1. 实验器材:烧杯、磁力搅拌器、电极、电化学工作站、紫外-可见光谱仪、扫描电子显微镜等。
2. 药品:苯胺、过硫酸铵、硫酸、无水乙醇、氢氧化钠等。
四、实验步骤1. 合成聚苯胺(1)将1.0g苯胺溶解于10mL无水乙醇中,配制成苯胺溶液。
(2)在烧杯中加入10mL 0.1mol/L的硫酸溶液,滴加苯胺溶液,边滴加边搅拌。
(3)将烧杯放入磁力搅拌器中,搅拌30min。
(4)向烧杯中加入1.0g过硫酸铵,继续搅拌30min。
(5)用氢氧化钠溶液调节溶液pH值为12,继续搅拌1h。
(6)将所得产物用无水乙醇洗涤,抽滤,干燥,得到聚苯胺固体。
2. 聚苯胺表征(1)循环伏安法:将制备的聚苯胺分散于乙醇中,用循环伏安法测试其电化学性质。
(2)紫外-可见光谱:测试聚苯胺的紫外-可见光谱,分析其光学性质。
(3)扫描电子显微镜:观察聚苯胺的微观形貌。
五、实验结果与分析1. 循环伏安法聚苯胺在循环伏安曲线中表现出明显的氧化还原峰,表明其具有良好的导电性。
2. 紫外-可见光谱聚苯胺在紫外-可见光谱中表现出明显的吸收峰,说明其具有典型的聚苯胺特征。
3. 扫描电子显微镜扫描电子显微镜显示,聚苯胺呈颗粒状,具有良好的分散性。
六、讨论与改进1. 合成聚苯胺时,反应条件对产物质量有很大影响。
本实验中,苯胺与硫酸的摩尔比为1:10,过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1:1,反应时间为1h,pH值为12。
通过调整这些参数,可以优化聚苯胺的合成条件。
2. 在表征聚苯胺时,可以采用多种方法,如电化学阻抗谱、红外光谱等,以全面了解其物理化学性质。
3. 本实验中,聚苯胺的产率较高,为80%。
第1篇一、实验目的1. 了解聚苯胺的合成原理和电化学合成方法。
2. 掌握电化学合成聚苯胺的实验操作技能。
3. 研究不同合成条件对聚苯胺性能的影响。
二、实验原理聚苯胺(Polypyrrole,PPy)是一种具有导电性的导电聚合物,其合成方法主要有化学氧化法和电化学合成法。
本实验采用电化学合成法,通过在苯胺溶液中引入氧化剂,在电极上发生氧化还原反应,生成聚苯胺。
三、实验材料与仪器1. 实验材料:苯胺、氧化剂(如过硫酸铵)、导电聚合物溶液、导电聚合物粉末、电极、电解液、电化学工作站等。
2. 实验仪器:电化学工作站、恒温水浴、磁力搅拌器、电子天平、玻璃电极、电极夹具、扫描电镜等。
四、实验步骤1. 准备工作:(1)配制苯胺溶液:称取一定量的苯胺,加入适量的溶剂(如无水乙醇)溶解,配制成一定浓度的苯胺溶液。
(2)配制氧化剂溶液:称取一定量的氧化剂,加入适量的溶剂溶解,配制成一定浓度的氧化剂溶液。
(3)准备电极:将导电聚合物粉末与导电聚合物溶液混合,涂覆在电极上,晾干备用。
2. 电化学合成:(1)将电极浸入电解液中,调整电极电位。
(2)开启电化学工作站,进行电化学合成实验,记录电流、电压等参数。
(3)实验结束后,取出电极,用扫描电镜观察聚苯胺的形貌。
3. 性能测试:(1)用电化学工作站测试聚苯胺的电化学性能,如电导率、氧化还原峰电流等。
(2)用电子天平称量电极的质量,计算聚苯胺的质量。
五、实验结果与分析1. 形貌观察:扫描电镜结果显示,聚苯胺在电极上形成均匀的薄膜,具有良好的导电性。
2. 电化学性能:(1)电导率:实验结果显示,聚苯胺的电导率随氧化剂浓度的增加而增加,在氧化剂浓度为0.1 mol/L时,电导率达到最大值。
(2)氧化还原峰电流:实验结果显示,聚苯胺的氧化还原峰电流随氧化剂浓度的增加而增加,在氧化剂浓度为0.1 mol/L时,氧化还原峰电流达到最大值。
六、实验结论1. 采用电化学合成法可以成功合成聚苯胺,且具有良好的导电性。
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。
2024年聚苯胺市场前景分析引言聚苯胺是一种具有良好导电性和导热性的高分子材料,因其在电子、能源、化工等领域的广泛应用而备受关注。
本文将对聚苯胺市场的前景进行分析,探讨其潜在的发展机会和挑战。
市场概述聚苯胺是通过苯胺分子间的聚合反应,形成线性或交联的高分子结构。
其具有优异的导电性能、热稳定性和机械强度,使其成为电子器件、导电涂料、防腐涂层等领域的理想材料。
市场驱动因素1. 电子行业的快速发展随着智能手机、平板电脑和家用电器等电子产品的普及,对导电材料的需求不断增加。
聚苯胺作为一种优秀的导电材料,可以用于制造导电电路、柔性显示器和传感器等电子器件。
这使得聚苯胺在电子行业中具备了广阔的市场空间。
2. 快速发展的能源存储技术随着新能源产业的快速发展,对高性能电池和超级电容器等储能设备的需求不断增加。
聚苯胺作为一种优秀的电极材料,具有较高的电导率和储能性能,被广泛应用于锂离子电池、超级电容器等能源存储设备中。
这将为聚苯胺市场带来新的机遇。
3. 环保需求的提升在环保意识日益增强的背景下,传统的防腐涂料和导电材料由于含有有毒有害物质而逐渐被淘汰。
而聚苯胺作为一种无毒、可再生的材料,具有较高的热稳定性和耐化学腐蚀性,被广泛应用于环保涂料、防腐涂层等领域。
这使得聚苯胺在环保需求提升的市场中具备了竞争优势。
市场挑战1. 生产成本高聚苯胺的生产过程较为复杂,并且需要使用昂贵的催化剂和溶剂。
这导致聚苯胺的生产成本较高,限制了其在一些低成本应用领域的推广和应用。
2. 技术难题有待突破尽管聚苯胺在导电性能和机械性能等方面表现出色,但其在温度稳定性、耐候性等方面仍存在一定的技术难题。
这需要在聚苯胺的研发和改性方面进行进一步深入的研究和突破。
3. 市场竞争激烈目前,聚苯胺市场的竞争已经很激烈,有许多国内外企业在该领域投入了大量资金和人力资源进行研发和生产。
这使得聚苯胺市场的竞争更加激烈,新进入者面临较大的市场挑战。
市场前景展望聚苯胺作为一种具有优异性能的高分子材料,在电子、能源、化工等领域具有广阔的应用前景。
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。
广阔的应用前景和市场前景使其成为目前世界各国争相研究、开发的热门材料。
性能特点组成:聚苯胺纳米粒子,水。
用途:防腐蚀,防静电,用于船泊,电子,化工,纺织等领域。
外观颜色:深绿色乳液。
导电率:10.6—100(s/cm)粒径:平均粒径20nm含量:10%-20%。
气味:无味分解温度:在空气中超过120度贮存:密封可贮存两年。
化学反应活性:有较高的氧化还原性。
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。
性能特点组成:聚苯胺及有机质子酸用途:防腐蚀,防静电,用于船泊,电子,化工,纺织等领域。
聚苯胺的应用及应用原理应用介绍聚苯胺是一种具有广泛应用的合成聚合物,具有优异的导电性、导热性和光学性质。
由于其稳定性和多功能性,聚苯胺在许多领域都有重要的应用。
本文将介绍聚苯胺的主要应用及其应用原理。
1. 电子器件领域聚苯胺在电子器件领域有广泛的应用,特别是在有机电子器件方面。
以下是一些主要的应用:•柔性电子器件:聚苯胺具有良好的柔性和可塑性,因此广泛用于制造柔性显示器、可穿戴设备和可弯曲电子元件。
聚苯胺基材料的弹性和韧性使得电子器件能够适应各种形状和曲线。
•有机太阳能电池:聚苯胺具有良好的导电性和光电性能,可用作有机太阳能电池的活性层材料。
其在太阳光照射下可以产生电子-空穴对,进而产生电荷和电流。
聚苯胺的能带结构可调控,可以优化光电转换效率。
•有机场效应晶体管:聚苯胺可用于制造有机场效应晶体管(OFET),可应用于柔性显示器和有机电子学领域。
聚苯胺薄膜在OFET中可作为半导体层,将载流子输运到电极上,实现电流的控制。
2. 传感器技术聚苯胺是一种优异的传感器材料,具有高度的化学活性、灵敏性和选择性,可用于多种传感器技术。
•气体传感器:聚苯胺薄膜可以吸附和检测气体分子,因此可以用于制造气体传感器。
例如,聚苯胺薄膜可以用于检测有毒气体如氨气、硫化氢等,并可以实现高灵敏度和快速响应。
•生物传感器:聚苯胺可用于制造生物传感器,用于检测生物分子和生物体内的变化。
例如,聚苯胺可以修饰传感器电极,实现对生物分子如葡萄糖、蛋白质等的检测。
•光学传感器:聚苯胺薄膜可用于制造光学传感器,用于检测环境中的光信号。
聚苯胺对光的吸收和发射具有特定的光学性质,可以应用于光学仪器和光电子设备。
3. 化学工程领域聚苯胺在化学工程领域有广泛的应用,主要用于以下方面:•电解质:聚苯胺可溶于有机溶剂和水,并可形成电解质溶液。
聚苯胺电解质在锂离子电池、超级电容器等电化学储能器件中具有应用前景。
•吸附剂:聚苯胺薄膜具有较高的表面活性和吸附性能,可用作吸附剂去除废水中的重金属离子和有机物。
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。
0321世纪初0119世纪末0220世纪初聚苯胺的发展历程化学稳定性聚苯胺具有较好的化学稳定性,能够在多种腐蚀性环境中使用。
导电性聚苯胺是一种半导体材料,其导电性能可通过掺杂剂的种类和掺杂程度进行调整。
热稳定性聚苯胺在高温下可保持稳定的物理性能,有利于其在高温环境下的防腐应用。
聚苯胺的基本性质聚苯胺的主要合成方法电化学合成化学合成气相合成01保护金属表面02抑制电化学反应03抑制微生物附着聚苯胺对金属的防腐性能聚苯胺能够增强非金属材料的耐候性和抗老化性能,减缓紫外线、水分等环境因素对材料的破坏作用。
增强非金属耐候性聚苯胺能够抑制微生物在非金属材料表抑制微生物繁殖聚苯胺能够与非金属材料表面形成一形成保护膜010203聚苯胺对非金属的防腐性能高温稳定性聚苯胺在高温环境下仍然能够保持稳定的化学性质和结构,不易分解和氧化。
增强耐腐蚀性在高温环境下,聚苯胺能够提高金属或非金属材料的耐腐蚀性能,减缓腐蚀反应。
抑制高温微生物繁殖高温环境下,聚苯胺能够抑制某些微生物的繁殖,降低生物降解和腐蚀风险。
聚苯胺在高温环境下的防腐性能030201聚苯胺在导电涂料中的应用010203聚苯胺在防腐蚀涂料中具有优良的防腐蚀性能和耐候性,能够有效地保护金属表面免受腐蚀。
聚苯胺在防腐蚀涂料中的制备工艺简单,涂层致密、光滑,具有良好的装饰性和保护性。
聚苯胺在防腐蚀涂料中可以有效地防止水、酸、碱等物质的侵蚀,广泛应用于船舶、桥梁、石油化工等领域。
010203聚苯胺在防腐蚀涂料中的应用123聚苯胺在阻尼涂料中的应用聚苯胺具有优异的电化学性能,可以提高电池的稳定性和寿命。
聚苯胺在电池制造过程中易于控制,生产效率高,降低了生产成本。
聚苯胺在医疗器械防腐中的应用聚苯胺作为医疗器械的涂层材料,能够有效地防止医疗器械表面的细菌滋生和腐蚀。
聚苯胺具有优良的生物相容性,对人体的副作用小,适用于医疗器械的制造。
01020304高效性环保性持久性经济性生产成本高涂层脆性制备工艺复杂对基材要求高聚苯胺的电化学性能会随着时间的推移而降低,因此需要研究新的改性方法以提高其持久性。
研究历史编辑导电高分子用途[5]从1977年日本Shirakawa,美国MacDiarmid、Heeger发现掺杂聚乙炔(PA)呈现金属特性并由此荣获诺贝尔化学奖至今,相继发现的较常用的导电高分子有聚对苯(PPP)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚苯基乙炔(PPV)和聚苯胺(PANI)。
由于导电高分子特殊的结构和物化性能,使其在电子工业、信息工程、国防工程及其新技术的开发和发展方面都具有重大的意义。
其中因聚苯胺具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点而得到了广泛的研究和应用。
[5-8] 1826年,德国化学家Otto Unverdorben通过热解蒸馏靛蓝首次制得苯胺(aniline),产物当时被称为“Krystallin”,意即结晶,因其可与硫酸、磷酸形成盐的结晶。
1840年,Fdtzsche从靛蓝中得到无色的油状不同氧化态聚苯胺之间的可逆反应(3张)物苯胺,将其命名为aniline,该词源于西班牙语的anti(靛蓝)并在1856年用于染料工业。
而且他可能制得了少量苯胺的低聚物,1862年HLhetbey也证实苯胺可以在氧化下形成某些固体颗粒。
但由于对高分子本质缺乏足够的认知,聚苯胺的实际研究拖延了几乎一个世纪,直到1984年,MacDiarmid提出了被广泛接受的苯式(还原单元)-醌式(氧化单元)结构共存的模型。
随着两种结构单元的含量不同,聚苯胺处于不同程度的氧化还原状态,并可以相互转化。
不同氧化还原状态的聚苯胺可通过适当的掺杂方式获得导电聚苯胺。
[9-13]不同氧化态聚苯胺之间的可逆反应图册参考资料。
[结构聚苯胺的实际合成与结构研究始于20世纪初,英国的Green和德国的Willstatter两个研究小组采用各种氧化聚苯胺氧化态结构[17]剂和反应条件对苯胺进行氧化,得到一系列不同氧化程度的苯胺低聚物。
Willstatter将苯胺的基本氧化产物和缩合产物通称为苯胺黑。
而Green分别以H2O2,NaClO3为氧化剂合成了五种具有不同氧化程度的苯胺八隅体,并根据其氧化程度的不同分别命名为全还原式(leucoemeraldine)、单醌式(protoemeradine)、双醌式(emeraldine)、三醌式(nigraniline)、四醌式即全氧化式(pernigraniline)。
这些结构形式及命名有的至今仍被采用。
1968年,Honzl 用缩聚方法合成了苯基封端的聚苯胺齐聚物,同年Surville合成了聚苯胺半导体surville提出的聚苯胺结构式[7]并提出可能的结构形式,而聚苯胺的结构正式为人所认同是在1984年,MacDiarmid提出了聚苯胺可相互转化的4种形式,并认为无论用化学氧化法还是电化学方法合成的导电聚苯胺均对应于理想模型。
中科院长春应化所的王佛松等人通过分析聚苯胺的IR和喇曼光谱,确认了醌环的存在并证明了苯、醌环的比例为3:1,MacDiarmid等人据此修正之前的模型,概括出了聚苯胺结构。
[14-15][18-20]聚苯胺掺杂产物的结构,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掺杂态聚苯胺结构[15]胺氮原子。
质子携带的正电荷经分子链内部的电荷转移,沿分子链产生周期性的分布。
且苯二胺和醌二亚胺必须同时存在才能保证有效的质子酸掺杂。
质子掺杂是聚苯胺由绝缘态转变为金属态的关键。
本征态的聚苯胺(PAn)是绝缘体,质子酸掺杂或电氧化都可使聚苯胺电导率提高十几个数量级。
掺杂态聚苯胺结构中x表示掺杂程度,由掺杂来决定;y表示氧化程度,由合成来决定;A表示质子酸中的阴离子,由掺杂剂决定。
然而聚苯胺的掺杂过程与其他导电高分子的掺杂不同,通常导电高分子的掺杂总是伴随着其主链上电子的得失,而聚苯胺极化子晶格模型[21]在用质子酸掺杂时,电子数不发生变化。
在掺杂过程中H+首先使亚胺上的氮原子质子化,这种质子化使得聚苯胺链上掺杂段的价带上出现了空穴,即P型掺杂,形成一种稳定离域形式的聚翠绿亚胺原子团。
亚胺氮原子所带的正电荷通过共轭作用沿分子链分散到邻近的原子上,从而增加体系的稳定性。
在外电场的作用下,通过共轭π电子的共振,使得空穴在整个链段上移动,显示出导电性。
完全还原型(y=1)的全苯式结构(Leucoemeraldine base)和完全氧化型(y=0)的全醌式结构(Pernigraniline)都为绝缘体,无法通过质子酸掺杂变为导体,在0<y<1的苯-醌交替结构的任一状态都能通过质子酸掺杂,从绝缘体变为导体,称为中间氧化态(Emeraldine)。
一般来说化学法合成的聚苯胺y=0.5,即聚苯胺链上醌式环与苯式环之比为1:3,电导率最大。
[22-25]中间氧化态聚苯胺结构[26]有人用量子化学算出了中间氧化态聚苯胺的结构。
各个芳香环均偏离基准面,属于反式构型,是一个不完全的锯齿状线形结构。
进一步研究证实,掺杂态聚苯胺具有与本征态聚苯胺类似的构型。
TG-微乳液聚合微乳液是一种外观透明或半透明、低黏度的热力学稳定体系,其分散液滴小于100nm。
可分成反相微乳液(W/O)、双连续相微乳液和正相微乳液(O/W,其实正向乳液聚合就是一般意义上的乳液聚合,但因为在微乳液中反相聚合用的较多,正相反而显得另类)。
尤其是反相微乳液聚合已经越来越多地用于制备聚苯胺纳米粒子,其粒径可达10nm,而且分布较均一。
反相微乳液聚合中的水油比是制备的关键的因素,能影响到粒子的大小和形态。
一般随水油比的增大,纳米粒子直径逐渐增大。
[74-76]微乳液聚合被认为是最理想的聚苯胺合成方法之一。
该法反应条件容易控制、产物粒径均匀,而且因其粒径都在纳米级别,从而使产物具有了纳米粒子的特性。
所得聚苯胺产物的电导率、产率和溶解性均有提高,且其链结构规整性好、结晶度高。
[48][77]反相微乳液聚合制备的聚苯胺粒径小,导电性和结晶度也较好。
但有时其粒子形状会发生从球形到针形乃至薄片形的转化。
合成聚苯胺方法为:向HCl溶液中加入过硫酸铵、SDBA、丁醇(助乳化剂),这样的混合液一经搅拌很容易配成透明的微乳液,接着往上述乳液中滴加一定量的苯胺单体,在室温下持续搅拌反应24 h,破乳即得聚苯胺。
[78-80]与反相微乳液不同,利用O/W微乳液(正相微乳液)制备纳米粒子的例子并不多。
这种方法可以得到分散在水相中的憎水高分子纳米颗粒,其优点是快速聚合和可以形成分子量很高的聚合物。
在O/W微乳液体系中乳化剂及助乳化剂的浓度很高,水溶性引发剂存在于水连续相中,苯胺单体浓度很低,主要被增溶于微乳液液滴内,极少量存在于水连续相中。
在微乳液聚合过程中,溶解于水中的活性基团会迅速被胶束中的单体捕捉而引发聚合。
因胶束数量很大,故聚合反应速率很快。
典型的聚苯胺正相微乳液聚合过程为:将苯胺、十二烷基硫酸钠和盐酸搅拌混合,滴加APS溶液,整个聚合过程应控制在20℃,反应持续12 h后,破乳即可。
有报道电导率达9.1S/cm。
[81-82]参考文献[52] ZHANG Z M, DENG J Y, YU L M, et al. Chrysanthemum flower-like co nstructed polyaniline nanofibers synthesized by adding inorganic salts as additives [J]. Synthetic Metals,2008,158(17/18):712-716.[53] ZHU Y, LI J M, WAN M X, et al.3D-boxlike polyaniline microstruct ures with super-hydrophobic and high-crystalline properties [J]. Poly mer,2008,49(16):3419-3423.王耀文.聚苯胺与石墨烯在防腐涂料中的应用[D].哈尔滨工程大学,2012[75] 刘德峥.微乳液技术制备纳米微粒的研究进展[J].化工进展,2002,21(7):466-470.[76] Jyongsik J,Jungseok H,Kim S. Fabrication of polyaniline nanopa rticles using microemulsion polymerization[J]. Macromolecular Researc h,2007,15(2):154-159.Swapna Rao P,Subrahmanya S,Sathyanarayana D N. Inverse emulsion polymerization:a new route for the synthesis of conducting polyaniline[J]. Synthetic Metals,2002,128(3):311-316.周国庆,叶明泉,韩爱军. 结构型导电高分子纳米粒子制备的研究进展[J].化工进展,2007,26(3):350-355.[78] 井新利,郑茂盛,蓝立文. 反向微乳液合成导电聚苯胺纳米粒子[J].高分子材料科学与工程,2000,16(2):23-25.[79] Mani A,Selvan S Tamil,Phani K L N,et al. Studies on the gener ation of polyaniline microstructures using microemulsion polymerizati on[J].Journal of Materials Science Letters,1998,15(7):385-387.[80] 李新贵,李碧峰,黄美荣. 苯胺的乳液聚合及应用[J]. 塑料,2003,32(6):32-39.[81] Oh S G,Im S S. Electroconductive polymer nanoparticles preparat ion and characterization of PANI and PEDOT nanoparticles[J]. Current Appl. Phys.,2002,2:273-277.[82] 丁书江,延卫,卢正险. 导电聚合物微米/纳米管的研究进展[J]. 高分子通报,2004(2):8-14 .。