导电聚苯胺溶液与其在电解电容器中的应用

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1、硕士论文导电聚苯胺溶液及其在电解电容器中的应用1绪论1．1导电聚合物的发展1977年，日本筑波大学Shirakawa(I刍]11英树)教授Il】发现掺杂聚乙炔(PA)呈现金属特性，这一发现打破了高分子仅为绝缘体的传统概念。随着人们对共轭聚合物的认识不断深入和提高，产生了导电高分子这门新兴学科，它的出现和发展为低维固体电子学乃至分子电子学的建立和完善作出了重要的贡献，进而为分子电子学的建立打下了基础，具有重要的科学意义。70年代末80年代初，聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等一系列导电聚合物的相继出现，掀起了人们

2、对导电聚合物的研究热潮。1990年英国剑桥大学发现聚苯基乙炔(PPV)的电致发光现象并研制出聚合物发光二极管(PLED)，再次激起了人们的广泛兴趣。1991年，UCSB使用可溶性PPV衍生物制备出PLED，并大大提高了其发光量子效率，促进了对PLED的实用化研究。1992年，UNIAX公司制各出可溶性导电聚合物，解决了导电聚合物加工困难的难题，为导电聚合物的大规模应用铺平了道路。1995年UCSB和UNIAX公司报道了聚合物／C60本体异质结光伏电池，开辟了对共轭聚合物太阳能电池的研究方向。导电聚合物

3、实现了从绝缘体到半导体再到导体的转变，是所有物质中跨越幅度最大的一类，这是迄今为止其他任何材料都无法比拟的。经过二十多年的研究，人们逐渐认识到导电聚合物具有独特的结构和优异的物理化学性能，使得它在能源、信息、光电子器件、化学和生物传感器、电磁屏蔽、隐身技术以及金属腐蚀防护等领域具有广阔的应用前景。正因为如此，瑞典皂家科学院将2000年的诺贝尔化学奖授予日本筑波大学Shirakawa教授、美国加利福利亚大学圣巴巴拉分校Heeger教授和美国宾夕法尼亚大学MacDiarmid教授，以奖励他们在开发导电高分

4、子材料方面所作的贡献12~7】。1．2聚苯胺(PAn)的研究概况1．2．1聚苯胺的发展聚苯胺(PAn)早在1862年就被Letheby发现，不过当时其作为合成染料的不熔不溶的副产物“苯胺黑”而存在，人们所关心的是如何避免它的生成博J。首次研究聚苯胺至今已一百多年，聚苯胺的研究发展经历了三个阶段。(1)“苯胺黑”本质的探讨20世纪初Wllistatter和Green两个研究小组对苯胺氧化产物的本质展开了激烈的争论。前者认为苯胺的基本氧化产物和缩合产物通称为“苯胺黑”。而Green采用化学法，合成了五种具

5、有不同氧化程度的苯胺八隅体：全苯式，单醌式，双醌式，三醌式和四醌l绪论硕上论文式即全氧化式，这种命名沿用至今。(2)有机半导体的开发20世纪60年代末，Jozefowicz等19】采用过硫酸铵为氧化剂，制各出电导率为10S·cm．1的聚苯胺，发现其具有质子交换、氧化还原和吸附水蒸汽等性质。他们还组装了以聚苯胺为电极的二次电池，但这一研究结果当时并未引起人们注意。(3)成为导电聚合物研究热点20世纪30年代和70年代，陆续有一些关于聚苯胺的报道，但由于聚苯胺不熔不溶的性质，加上当时高分子材料并未突破“绝

6、缘材料”这一概念，这些研究也并未引起人们更多的关注。70年代后期，由于导电聚乙炔的发现而迅速产生了以共轭高分子为基础的导电高分子科学。此后，人们开始关注高聚物的导电性，逐渐发明出各种导电高分子材料，聚苯胺也在1984年被MacDiarmid等IloJ重新开发。现在，导电聚合物以其独特的性质和广泛的应用前景而拥有活跃的研究领域。相对于其它导电聚合物而言，聚苯胺(PAn)由于其原料便宜，合成简便，耐高温抗氧化性能良好，有较高的电导率和熔融加工性，良好的成膜性和优良的电致变色性，在实用化方面有广阔的前景，成

7、为近年来导电高分子的研究热点和推动力，倍受人们的关注。1．2．2聚苯胺的结构早在20世纪初，Green等人基于氧化还原以及元素分析等方面的研究，提出了聚苯胺的五种基本结构形式。1984年，MacDiarmid提出了苯环与醌环交替的理想结构，但随后发现大量的实验结果与之不符。1987年，MacDiarmid又进一步提出了被广泛接受的苯式一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【11,12】。NY值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的Y值对应不

8、同的结构、组分、颜色及电导率。其结构中含有两种形式，一种为“苯一苯”连续的还原形式，另一种为“苯一醌”交替的氧化形式。y=1时，为完全还原的全苯式，称为Leucoemeraldine；y=0时，为完全氧化的“苯一醌”交替结构，称为Emigraniline。完全还原型()，=1)和完全氧化型()，=0)都为绝缘体；在0