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《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》一、引言随着科技的发展，柔性电子设备逐渐成为人们日常生活的重要组成部分。
其中，柔性电极作为柔性电子设备的关键组成部分，其性能的优劣直接决定了设备的使用效果。
近年来，聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，因其优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性而备受关注。
本文将介绍聚苯胺导电水凝胶的制备方法及其在柔性电极中的应用。
二、聚苯胺导电水凝胶的制备聚苯胺导电水凝胶的制备主要采用化学氧化聚合法。
具体步骤如下：1. 将苯胺单体与适当的掺杂剂（如硫酸）混合，制备出苯胺溶液。
2. 在一定温度下，向苯胺溶液中加入氧化剂（如过硫酸铵），引发苯胺单体的聚合反应。
3. 通过控制反应条件（如温度、时间、掺杂剂和氧化剂的浓度等），使聚苯胺形成水凝胶状结构。
4. 对制备出的聚苯胺导电水凝胶进行清洗、干燥等后处理，以提高其性能。
三、聚苯胺导电水凝胶的性能聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性。
其导电性能主要来源于聚苯胺的共轭结构，使得电子能够在分子链上自由移动。
同时，水凝胶状结构使得聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性和生物相容性，能够适应各种复杂的形状和弯曲程度，且对人体无害。
四、聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用主要体现在以下几个方面：1. 制备方法简单：聚苯胺导电水凝胶可以通过简单的化学氧化聚合法制备，成本低廉，易于规模化生产。
2. 柔韧性好：聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性，能够适应各种复杂的形状和弯曲程度，适用于制备柔性电极。
3. 导电性能优异：聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能，能够满足柔性电极的高导电要求。
4. 生物相容性好：聚苯胺导电水凝胶对人体无害，可用于制备与人体直接接触的柔性电极。
五、结论聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性，在柔性电子设备中具有广泛的应用前景。
聚苯胺浅析作者：张艳来源：《科学与财富》2017年第30期一、概述一百多年聚苯胺就已经被发现，但只用作颜料，被称为“苯胺黑”。
1987年，人们广泛接受AG.MacDiarmid提出的苯式和醌式结构共存的模型。
依据氧化程度的不同，聚苯胺可以分为还原态、氧化态及本征态，且不同状态下的聚苯胺可以相互转化。
其中还原态和氧化态聚苯胺均为绝缘体，本征态聚苯胺在适当的掺杂方式下还具有导电性。
依据电导率的大小不同可将物质分为绝缘体、半导体、导体和超导体。
在20世纪70年代前还没有“导电高分子”的概念，人们一直将有机聚合物当作是绝缘体来使用。
直到1984年，人们首次发现对聚乙炔进行P型掺杂获得类似金属的导电性，这一传统观念才逐渐打破，随后人们继续研究开发了一系列的导电聚合物。
作为一种典型高分子材料，聚苯胺具有良好的导电性，且合成工艺简单，它的发现打破了高分子是绝缘体的传统观念，推动了导电高聚物领域的研究和发展。
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。
以其为基础材料，目前正在开发许多新技术，对聚苯胺的结构、物理化学性能、合成、掺杂、独特的光电磁性能、改性、用途等方面的研究已经取得了长足的进展。
二、聚苯胺的基本性质1.可溶性因为聚苯胺具有刚性链且链间存在很强的作用力，故溶解性能很差，其应用也被极大的限制。
目前，科学家，主要通过化学复合、结构修饰、乳液聚合等方法获得水溶性或可溶性的导电聚苯胺。
2.导电性导电性是聚苯胺重要的特性之一。
本征态的聚苯胺具有很低的电导率，但通过质子酸掺杂或氧化可以实现绝缘体与导体之间的相互转化，提高导电性。
聚苯胺的导电性受很多条件的干扰，如分子链结构、温度、湿度等。
3.光电性质及非线性光学性质聚苯胺还具有较显著的光电转换性。
作为一种P型半导体，其分子主链上含有许多共轭π电子，比较容易极化，不仅呈现快速响应的性质还具有较高的三阶非线性系数]。
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%。
聚苯胺导电态1. 引言聚苯胺是一种重要的有机导电材料，具有良好的导电性能和化学稳定性。
在导电态下，聚苯胺可以应用于多个领域，如电子器件、能源存储和生物传感等。
本文将详细介绍聚苯胺导电态的性质、制备方法以及应用领域。
2. 聚苯胺导电态的性质聚苯胺导电态具有以下主要性质：2.1 导电性能聚苯胺导电态具有良好的导电性能，可以实现电流的传导。
其导电性能与聚苯胺的掺杂程度有关，掺杂程度越高，导电性能越好。
聚苯胺导电态的导电机制主要包括载流子的离域和离子的迁移。
2.2 化学稳定性聚苯胺导电态具有较好的化学稳定性，可以在一定的环境条件下保持其导电性能。
然而，在一些特殊的环境下，如强酸、强碱和氧化剂等存在时，聚苯胺导电态可能会发生降解或失去导电性。
2.3 光学性质聚苯胺导电态具有一定的光学性质，可以吸收和发射光线。
其吸收光谱主要集中在紫外-可见光区域，而发射光谱主要位于可见光区域。
这些光学性质使得聚苯胺导电态在光电子器件中具有广泛的应用前景。
3. 聚苯胺导电态的制备方法聚苯胺导电态可以通过多种方法制备，下面介绍其中几种常用的制备方法：3.1 化学氧化聚合法化学氧化聚合法是制备聚苯胺导电态最常用的方法之一。
该方法使用氧化剂（如过氧化氢、过硫酸铵等）将苯胺单体氧化为聚苯胺导电态。
在反应过程中，氧化剂将苯胺分子氧化并形成氧化物，同时释放出质子，使聚苯胺形成导电态。
3.2 电化学聚合法电化学聚合法是利用电化学方法在电极表面直接聚合聚苯胺导电态的方法。
该方法通过在电极表面施加电压，使苯胺单体在电极表面发生氧化聚合反应，形成聚苯胺导电态。
电化学聚合法具有反应速度快、控制性好等优点，适用于制备薄膜状的聚苯胺导电态。
3.3 其他制备方法除了上述两种常用的制备方法外，还有一些其他的制备方法，如化学还原法、溶液浸渍法和激光光解法等。
这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。
4. 聚苯胺导电态的应用领域聚苯胺导电态在多个领域具有广泛的应用，下面介绍其中几个主要的应用领域：4.1 电子器件聚苯胺导电态可以用作电子器件中的导电材料，如导电薄膜、导电纤维和导电墨水等。
聚苯胺的合成与表征摘要：聚苯胺在不同的酸的环境中合成，优化聚苯胺的合成条件。
用过硫酸铵作氧化剂，改变不同的投料比.酸类.温度等，合成聚苯胺产品。
计算聚苯胺的合成产率。
用合成的聚苯胺做红外光谱检测结构，并比对氧化态与本征态的聚苯胺的谱图。
关键词：聚苯胺投料比酸度红外光谱1.绪论：聚苯胺（PANI)是一种得到广泛应用的导电聚合物，例如用作太阳能电池材料［1，2］超级电容器电极材料［3］催化剂载体［4］电化学传感器［5］防腐蚀材料［6］等．聚苯胺的制备方法有很多种，不同的合成条件下可以得到不同微观形貌的聚苯胺，例如万梅香等人［7］研究了聚苯胺纤维的合成，通过改变氧化剂可以很好地控制聚苯胺纤维的径;AYADMohamadM等人［8］研究了软模板法制备聚苯胺纳米管; 王学智等人［9］采用界面聚合方法制备了聚苯胺纳米棒．2.实验部分2.1仪器与试剂：苯胺（AR 天津博迪化工股份有限公司），使用之前用蒸馏出来再用；过硫酸铵（AR 天津市科密欧化学试剂有限公司）；盐酸（AR 北京化工）;硫酸（AR 北京化工）；高氯酸（AR 北京化工）；磷酸（AR 天津市富宇精细化工有限公司）；乙腈（AR 天津市科密欧化学试剂有限公司)；二甲基亚砜(AR 广东光华科技股份有限公司);乙醇.乙酸.甲苯.四氢呋喃等溶剂均是分析纯。
85-Z恒温磁力搅拌器（重庆银河实验仪器有限公司）；HC21006恒温槽（重庆银河实验仪器有限公司）；磁力加热搅拌器（郑州长城科工）；蒸馏装置；使用水均是一次蒸馏水。
2.2聚苯胺的合成：）n原理——------→（将苯胺蒸馏出来备用；配制不同1mol/l的无机酸150ml, 加入0.05mol蒸馏的苯胺，在不同浓度的氧化剂硫酸铵，在恒温水不同的温度下。
搅拌24小时，过滤时用100ml 乙酸先冲洗，再用蒸馏水冲洗至PH=6，干燥，称量。
氧化合成参杂态的聚苯胺，计算产率。
取2克的参杂态聚苯胺加入稀氨水100ml搅拌1小时脱氢离子制得本征态的聚苯胺。
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。
一、实验目的1. 了解聚苯胺膜的制备方法及其原理。
2. 掌握聚苯胺膜在电极材料中的应用。
3. 通过实验，提高动手操作能力。
二、实验原理聚苯胺（Polypyrrole，PPy）是一种导电聚合物，具有良好的导电性、可逆氧化还原性和稳定性。
聚苯胺膜作为一种新型电极材料，在电化学传感器、电化学储能等领域具有广泛的应用前景。
本实验采用化学氧化聚合法制备聚苯胺膜，通过调节实验条件，实现对聚苯胺膜导电性能的调控。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 苯胺（C6H5NH2）- 过硫酸铵（(NH4)2S2O8）- 硫酸（H2SO4）- 氯化铁（FeCl3）- 氯化铝（AlCl3）- 乙醇（C2H5OH）- 蒸馏水2. 实验仪器：- 磁力搅拌器- 电热恒温水浴锅- 电位差计- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- 恒温水浴槽四、实验步骤1. 准备溶液- 称取一定量的苯胺，溶解于50mL的蒸馏水中，配制成0.1mol/L的苯胺溶液。
- 称取一定量的过硫酸铵，溶解于50mL的蒸馏水中，配制成0.5mol/L的过硫酸铵溶液。
- 将硫酸、氯化铁和氯化铝按照一定比例混合，配制成电解液。
2. 制备聚苯胺膜- 将0.1mol/L的苯胺溶液和0.5mol/L的过硫酸铵溶液混合，放入磁力搅拌器中，室温下搅拌30分钟。
- 将混合溶液倒入电解液中，在电位差计上设置合适的电压（通常为1.5-2.0V），将导电玻璃作为阴极，不锈钢棒作为阳极，进行电化学聚合反应。
- 反应结束后，将导电玻璃取出，用蒸馏水冲洗干净，放入50%的乙醇溶液中浸泡一段时间，去除未反应的苯胺。
3. 性能测试- 将制备好的聚苯胺膜进行SEM、XRD等性能测试，分析其形貌和结构。
五、实验结果与分析1. 聚苯胺膜的形貌分析- 通过SEM观察，发现聚苯胺膜呈均匀的纳米纤维状结构，表面光滑，具有良好的附着力。
2. 聚苯胺膜的结构分析- 通过XRD分析，发现聚苯胺膜具有典型的层状结构，层间距约为0.34nm，表明聚苯胺膜具有良好的结晶性。
聚苯胺电极材料制备
聚苯胺电极材料是一种重要的电活性材料，可以用于制备电化学传感器、超级电容器、锂离子电池等电化学器件。
以下是一种常见的聚苯胺电极材料制备方法：
1. 材料准备：准备好苯胺单体、过硫酸铵和适量的溶剂（如水、乙醇等）。
2. 溶液制备：将适量的苯胺单体和过硫酸铵溶解在溶剂中，搅拌均匀，形成聚苯胺溶液。
3. 沉积：将电极基底（如玻碳电极）浸入聚苯胺溶液中，通过电化学方法进行沉积。
具体操作方法可采用循环伏安法或恒电流电位法。
4. 沉积条件：根据需要，可以通过控制循环伏安曲线或电流密度来调节沉积时间和电流大小，以实现不同形态和性能的聚苯胺电极材料。
5. 洗涤和干燥：将沉积后的电极基底取出，用适量的溶剂对其进行洗涤，去除掉残留的溶剂和杂质。
然后将电极基底放入干燥器中进行干燥，得到聚苯胺电极材料。
需要注意的是，在制备过程中要注意控制沉积条件、溶剂的选择和洗涤步骤，以确保得到高质量的聚苯胺电极材料。
常温聚合聚苯胺和低温聚合聚苯胺一、概述聚苯胺是一种重要的有机高分子化合物，具有优异的导电性、导热性和机械性能，因此在电子器件、传感器、储能器件等领域具有广泛的应用前景。
常温聚合和低温聚合是两种主要的合成聚苯胺的方法，它们各自具有特定的优点和适用范围。
本文主要对常温聚合聚苯胺和低温聚合聚苯胺进行比较和分析，以期为研究和应用上提供参考。
二、常温聚合聚苯胺1. 工艺原理常温聚合是一种室温下进行的化学反应，常用的催化剂为过氧化铵等。
首先将苯胺等单体和氧化剂加入反应体系中，经过氧化聚合反应产生聚苯胺。
常温聚合的主要优点是反应条件温和，不需要特殊的反应器具，且产物的结晶度较高。
2. 特性和应用常温聚合聚苯胺的产物具有良好的导电性和机械性能，适用于制备导电油墨、防静电材料等产品。
其还可用于制备电化学传感器和储能器件，具有广泛的应用前景。
三、低温聚合聚苯胺1. 工艺原理低温聚合是指在较低温度下进行的聚合反应，通常需要向反应体系中加入还原剂等物质。
在低温条件下，苯胺等单体和氧化剂经过还原-氧化反应进行聚合生成聚苯胺。
低温聚合的主要优点是反应速度较快，产物结晶度高，且可控性好。
2. 特性和应用低温聚合聚苯胺的产物具有较好的导电性和导热性，可用于制备导电涂料、导热材料等产品。
低温聚合聚苯胺在电子领域的应用也较为广泛，如制备柔性电子器件、电磁屏蔽材料等。
四、常温聚合和低温聚合的比较分析1. 反应条件常温聚合需要在室温下进行反应，无需加热设备，成本较低，但反应速度较慢；低温聚合需要在较低温度下进行反应，虽然需要加热设备，但反应速度较快。
2. 产物性能常温聚合聚苯胺的产物晶体度高，结晶性好，导电性良好；低温聚合聚苯胺产物导热性较好，适用于导热材料。
3. 应用领域常温聚合聚苯胺适用于制备导电油墨、防静电材料等产品；低温聚合聚苯胺适用于制备导热材料、电磁屏蔽材料等产品。
五、结论常温聚合聚苯胺和低温聚合聚苯胺是两种常见的合成方法，各自具有特定的优点和适用范围。
龚智良 中国科大
聚苯胺的制备龚智良230026，中国科技大学，高分子科学与工程系
摘要使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下用化学氧化聚合的方法合成了聚苯胺。合成之后用2mol/L的盐酸对合成的聚苯胺进行了参杂，以使其具有较好的导电性。随后聚苯胺放在培养皿中拿到烘箱中烘干。通过实验得到的关于氧化聚合和导电性高分子材料的进一步认识。关键词聚苯胺，化学氧化聚合，导电性高分子，质子酸参杂
引言聚苯胺是一种典型的导电性聚合物，具有优良的环境稳定性和高导电性，且原料便宜，易于合成，因此成为具有商业应用前景的导电聚合物之一。目前，聚苯胺的应用在二次电池、半导体器件和隐身材料等。[1]从DeBerryW.发现聚苯胺对铁基金属具有保护作用以来，目前，大量实验结果证明了聚苯胺涂料对铁基金属具有起阳极保护作用的防护能力。目前，开发聚苯胺防腐涂料已成为高分子导电材料的应用和涂料研究开发领域的一个新的热点。[2]聚苯胺分子的结构一般形式如图1所示，其中n代表链节数，而y和1-y分别代表一个平均链节中两种结构所占的百分比。根据y值的不同，有三种极端形式的聚苯胺：中性聚苯胺（y=0.5），还原态聚苯胺（y=1），和氧化态聚苯胺（y=0）。各态之间的聚苯胺能够图1：聚苯胺分子结构一般形式能够相互转化。通常聚苯胺是其多样化结构的总称。与其他聚合物相比，聚苯胺具有：1）结构多样化，实验发现不同的氧化-还原态的聚苯胺对应于不同的结构，其颜色和导电率也相应发生变化；2）特殊的参杂机制，它是通过质子酸参杂而导电的，参杂过程中聚苯胺链上的电子数目没有变化，聚苯胺的这种性能使得它在防腐材料开发方面显示出极大的应用前景。聚苯胺的聚合过程是一个氧化偶联的过程，其机理为一个链式聚合的机理。[3]聚合反应机理如图2所示。引发过程是一个苯胺分子失去两个电子和一个质子形成一个nitrenium的过程，见图2（1）。生成的nitrenium随即进攻一个苯胺分子的对为氢，见图2（2）。链增长过程与引发过程相似，也是首先端头的伯胺被氧化（图2（3）），随后生成的nitrenium进攻苯胺分子的对位氢进行亲电取代（图2（4））。图2：聚合反应机理
因为每增长一个链节，聚合物端头的伯胺都要被氧化活化一次，所以该过程称为“再活化链式聚合”。聚苯胺的导电性来自其用质子酸参杂之后具有导电性的聚合物分子形式。其结构并不是图2（4）中所表示的形式，也不是图1中所表示的形式，而是图3中所表示的形式。通过改变pH和电图3：参杂之后具有导电性的分子结构
压等能够改变分子的形式。实验部分化学试剂：36%浓盐酸，苯胺，过硫酸铵。仪器设备：150mL三口瓶，平衡滴液漏斗，电磁搅拌器，布氏漏斗，水泵。龚智良 中国科大
仪器的洗涤和干燥：将三口瓶、配制过硫酸铵和盐酸的烧杯、滴液漏斗和布氏漏斗用蒸馏水清洗干净。配制2mol/L的盐酸：戴手套取25mL36%的浓盐酸加入100mL蒸馏水中，混合均匀。得到2mol/L的盐酸。配制2mol/L的过硫酸铵水溶液：用天平称取11.4g过硫酸铵晶体，轻轻搅拌使其溶解于25mL蒸馏水中。聚合反应：三口瓶中加入50mL2mol/L的盐酸，加入4.7g（4.6mL）苯胺，在冰浴下搅拌十分钟。待温度降至5℃以下，用滴液漏斗慢慢滴加配制好的过硫酸铵溶液。滴加速度为3s到5s一滴。始终在冰浴中保持温度低于5℃。滴完之后，在冰浴中保持反应温度低于5℃，并用电磁搅拌，继续反应一个小时。产物处理：抽滤得到的聚合产品，并用蒸馏水洗涤数次，尽量将水抽干。图4：聚合反应装置图参杂：将抽滤得到的聚合物转入剩下的盐酸中，用表面皿盖上，电磁搅拌两个小时。随后抽滤并用蒸馏水稍微洗涤，抽干。产品转入培养皿中，在烘箱中烘干得到最终产品。实验现象、结果及讨论配制2mol/L的盐酸：36%的浓盐酸浓度很高，打开瓶盖就冒出酸雾，腐蚀性很强。取用时应该戴橡胶手套防止手沾到浓盐酸。由于挥发严重，用量筒量取之后要立即倾倒如100mL蒸馏水中防止盐酸过多挥发。配制2mol/L的过硫酸铵水溶液：过硫酸铵在加热、撞击等条件下易分解，配制溶液用玻璃棒搅拌时不能用玻璃棒用力捣过硫酸铵，防止其分解。聚合反应：苯胺具有强刺激性气味。纯的苯胺为无色油状液体，但是实验中取用的苯胺为棕黄色液体，这是苯胺久置被部分氧化所致。苯胺有毒并且能致癌，取用时要小心尽量少接触。苯胺难溶于水，要在水相进行聚合必须将水酸化。本实验即用盐酸将苯胺质子化，这样能大大增大苯胺在水中的溶解度。并且，过硫酸铵在酸性条件下更稳定，而碱性条件下更容易分解产生氧气和臭氧，或者氧化水生成过氧化氢和硫酸氢铵。过硫酸铵在体系中充当氧化剂的作用，具体作用在于氧化苯胺生成nitrenium从而导致链引发和脸增长。计算苯胺和过硫酸铵的物质的量，可得苯胺的物质的量为：
n苯胺=4.793.06mol=50mmol
n过硫酸铵=11.4227.97mol=50.0mmol可见苯胺和过硫酸铵基本是等当量的。这很好理解，因为从图2可以看出来，每次链增长或者链引发，都要用氧化剂夺取氨基上的两个电子。而一个过硫酸铵分子变为还原态正好需要两个电子，因此要使反应完全并且引发剂没有浪费，过硫酸铵和苯胺必须等摩尔投料。事实上，由于过硫酸铵的分解等原因，并不是所有过硫酸铵都能参与聚合反应，在分子量足够大可以不考虑端头的氨基情况下，稍微过量一点过硫酸铵更为合理。但是不知道本实验作出产品的分子量，暂时也没有可用的方法来进行计算。滴加过硫酸铵过程中，滴加要十分缓慢。主要原因在于聚合反应是一个化学氧化还原聚合过程，而氧化还原反应通常放出大量热量，使得热量不好控制，引起引发剂过硫酸铵大量分解而损失，并且聚合物分子量会随着过硫酸铵的损失而减小。聚合反应开始约8min后，三口瓶中的物质迅速变成绿色。随后颜色逐渐加深到深绿龚智良 中国科大
色，到墨绿色，直至越来越深变成黑色。颜色出现突变，本人认为是聚合反应先经过一小段潜伏期（约8min），随后开始反应所致。之所以出现这一段潜伏期，推测可能的原因是过硫酸铵氧化苯胺速率较慢（因为苯胺的对位没有推电子基团而已形成的增长链端头氨基对位则有推电子基团。），并且刚开始的一小段时间内过硫酸铵浓度很小。聚苯胺应该是深绿色的物质，这是因为它具有很到的共轭结构，相邻电子能级之间间隔很小，从而倾向于吸收波长较长的红橙光而显现出深绿色。反应过程中，因为反应放热多，温度很容易上升到5℃以上。这时应该立即停止滴加过硫酸铵，防止反应过于剧烈。待温度降低到5℃以下时继续滴加过硫酸铵溶液。本次实验过程中采用了较为缓慢的滴加速度，基本维持在4s一滴的水平，整个滴加过程为50min。估计这样的滴加速度比较合适。随后反应一个小时过程中，在三口瓶内壁上出现一些黄色的细小挂珠，基本集中在外面冰浴的水平面以下。而冰浴的水面基本为一条界线，并且在该界线出特别多。这说明有某种黄色的物质在此凝结。分析体系组成，可以挥发显色的无非是苯胺和苯胺的寡聚物，考虑到苯胺的量最大，而且分子量最小，并且其本身就是棕黄色物质，这些观察到的黄色细小挂珠应该就是苯胺挥发后在三口瓶内壁凝结而得。之所以会在三口瓶内壁接近冰浴水平面的地方凝结，是因为这些地方远离温度相对较高的反应体系，并且温度接近0℃。考虑到在冰浴水平线以下有许多苯胺凝结，在该水平线之上应该同样有很多尚未凝结的苯胺。所以实验过程中一定要用塞子将三口瓶塞紧使不漏气。产物处理：抽滤得到墨绿色的产品，而滤液为紫色。滤液中含有的物质分子量肯定更小，说明滤液中的紫色物质应该是聚合度较小的聚苯胺或者苯胺的寡聚物等。考虑到亚胺一般呈紫色和红色等，应该是这些物质的末端含有被氧化成了亚胺基团，从而不能进一步增长，并呈现紫色。得到的产物为墨绿色细粉末，抽滤时结成块状。由于聚苯胺具有共轭结构的长链，并且主链上含有大量刚性的苯环，其分子链的相当刚性，而且反应过程中又基本没有支化、交联等反应出现，因而表现出没有粘性的粉末。发现沾在三口瓶上的绿色聚苯胺变蓝，猜测是因为空气中的氧气氧化它，使得聚苯胺发生偶合或者变性等产生蓝色物质。参杂：参杂过程最好用电磁搅拌器进行搅拌以使参杂更为充分。产品：产品为墨绿色粉末，抽滤时结块。
结论用化学氧化聚合的方法能够轻易制备聚苯胺。得到的产品为绿色细小的粉末。简单的用质子酸参杂之后的聚苯胺即具有导电性能。化学氧化聚合制备聚苯胺过程中要注意保持温度在5℃以下，以使反应平稳可控进行，并得到质量较好的产品。
思考题1.电子导体应具有怎样的结构？为了使其能够导电，还需要采取怎样的措施？答：（1）电子导体应该具有十分长链的共轭结构，使得电子能够在很大范围内较为自由的流动。（2）为了使其能够导电，还需要电子导体进行参杂，从而改变共轭主链形式变成能够导电的形式。2.设计一个小装置，比较聚苯胺和常规聚合物的导电性。答：设计如下的电路图，黑色的小方块为聚苯胺或者其他聚合物材料。事先将聚苯胺和
其他聚合物材料加工成块状物，从而通过测量电流表的示数就可以定量比较聚苯胺和其他聚合物材料的导电性。
参考文献龚智良 中国科大
[1]齐永晓，赵玉增，杨瑾妮.上海电力学
院学报，2009，25，5，517-520.[2]高焕方，刘通，王连杰.表面技术2006，
35，4，13-20.[3]GeorgeOdian,PrinciplesofPolymerization,NewJersey,JohnWiley&Sons,Inc.2004.,163-165
SynthesisofPolyaniline
ZhiliangGongDepartmentofPolymerScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyofChina,230026
AbstractPolyanilinewassynthesizedbyuseofsolutionpolymerizationinanacidicaqueoussolution.Ammoniumpersulfatewasusedastheinitiator.ThesynthesizedPolyanilinewasfurtherdopedbyprotonicacidanddriedinacoven.Deeperunderstandingofoxidativepolymerizationandconductivepolymerswasachieved.KeywordsPolyaniline,oxidativepolymerization,conductivepolymer,protonicaciddoping
