一种导电高分子材料--聚苯胺论文

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1、一种导电高分子材料——聚苯胺化工系课程论文课程：材料化学题目：一种导电高分子材料——聚苯胺小组名称：学生：指导老师：日期：2013年11月19日5一种导电高分子材料——聚苯胺一种导电高分子材料——聚苯胺摘要:介绍了其中一种应用最广泛的导电高分子材料之一——聚苯胺，包括主要制备方法和应用，指出导电高分子材料自身仍存在不足，有待进一步的探索和发现。关键词：导电高分子聚苯胺掺杂合成应用前言：在二十世纪中发展起来的功能高分子中，导电高分子是最突出的代表之一。20世纪79年代以前，人们一直将高分子材料作为绝缘材料来使用。直到1980年前后，人们普遍认识

2、到，聚乙炔的导电性很高，经过一系列的研究，后来出现了聚苯，聚吡咯，聚苯胺等。其中聚苯胺因为其自身的优点，被认为最有希望在实际中得到应用的导电高分子材料，并以它为基础正开发许多新技术。导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源，光电子器材，信息，传感器，分子导线和分子器件，电磁屏蔽，金属防腐和隐身技术方面有着广泛，诱人的应用前景[1]。1．一种导电高分子材料——聚苯胺1.1聚苯胺的结构及导电机理1.1.1聚苯胺结构聚苯胺是典型的有机导电聚合物，具有多样化的结构，独特的掺杂原理，优异的物理化学性能，常温下一般呈不规则的粉末状态，具有较

3、低的结晶度和分子取向度。与其它导电高聚物一样，它也是共轭高分子，在高分子主链上交替重复单双链结构，具有的介电子云分布在分子内，相互作用形成能带等。其结构中的P电子虽具有离域能力，但它并不是自由电子，分子中的共轭结构使P电子系增大，电子离域性增强，可移动范围增大，当共轭结构达到足够大时，化合物即可提供自由电子，从而能够导电。图1聚苯胺可看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物（如上图1），x值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的x值对应于不同的结构，组分及电导率。完全还原型(x=1)和完全氧化型(x=0)都为绝缘体;在0

4、杂进行相互转换。当x=0.5时,其电导率最大，且可通聚合时氧化剂种类，浓度等条件控制x的大小。1.1.2聚苯胺导电机理5一种导电高分子材料——聚苯胺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。因此，半氧化半还原态的聚苯胺经质子酸掺杂后，分子内的醌环消失，电子云

5、重新分布，氮原子上的正电荷离域到大共轭P键中，从而使聚苯胺呈现出高的导电性。聚苯胺的导电性受许多因素的影响，除分子链本身的结构外，较重要的因素还有pH值和温度。当pH<2时，电导率不受pH值影响，呈金属状态；当24时，电导率不受pH值影响，呈绝缘状态[6]。温度升高时，电导率从10S/cm的室温增至235℃的1000S/cm。通过掺杂及改变掺杂物的浓度可使其导电率的变化达到个18数量级。下图为中间氧化态聚苯胺质子酸掺杂过程，即导电原理（如下图2）：图22.聚

6、苯胺的合成聚苯胺的合成研究开始于20世纪时期，专家采用多种氧化剂在不同的反应条件下探究对聚苯胺的氧化，在实验中成功制造了一系列氧化掺杂程度不同的聚苯胺产物，合成聚苯胺主要有化学合成和电化学合成两大类。在之后的研究中，聚苯胺合成方法得到不断的探索和发展，其他的一些合成方法也相继出现[7]。2.1化学氧化合成5一种导电高分子材料——聚苯胺2.1.1化学氧化合成法的工艺采用酸——过硫酸铵体系合成掺杂态聚苯胺。需要用到的仪器设备：磁力搅拌器，平衡滴液漏斗电磁搅拌器，布氏漏斗，水泵，真空干燥箱。首先配置2mol/L浓度的盐酸和2mol/L浓度过硫酸铵【

7、（NH4）2S2O8,APS】水溶液，在三角瓶中加入50ml2mol/L浓度的盐酸,加入4.7g（4.6ml）图3苯胺（An），在冰浴下搅拌10min，待温度降至5摄氏度以下，用滴液漏斗缓慢滴加配制好的过硫酸铵溶液3-5s/d，并始终保持水浴温度在5摄氏度以下滴完后用电磁搅拌，继续反应一个钟。抽滤得到聚合物，分别用去离子水，乙醇清洗后，真空干燥即得掺杂态聚苯胺。（如下图4）为其化学氧化合成法流程图：秤取过硫酸铵晶体【（NH4）2S2O8,APS】11.4g配制成2mol/L过硫酸铵溶液缓慢滴加（3-5s/d）溶解于50m溶解于25mL蒸馏水中

8、保持冰浴温度低于5摄氏度称取4.7g的苯胺(An)三口瓶中已配置好50ML的2mol/L的HCL溶液加入到冰浴搅拌10min取36%的浓HCL加入到100ML的蒸馏