导电聚苯胺合成及其应用

《导电聚苯胺合成及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、导电聚苯胺合成及其应用摘要：聚苯胺(PANI)是研究最为广泛的导电高分子材料。本文综述了导电聚苯胺的结构、合成方法及基本性质并介绍了聚苯胺的应用。关键词：导电聚苯胺；合成；应用　　1862年H.Letheby发现作为颜料使用和研究的聚苯胺,1984年,MacDiarmid在酸性条件下,由聚合苯胺单体获得具有导电性聚合物,通过20多年的研究,聚苯胺在电池、金属防腐、印刷、军事等领域展示了极广阔的应用前景,成为现在研究进展最快、最有工业化应用前景的功能高分子材料[1]。1导电聚苯胺的电化学合成方法1

2、.1试剂和仪器a.试剂为:硫酸、硝酸、苯胺(均为分析纯),去离子水。b.仪器为:Chi660A电化学工作站,DHX2Ⅱ恒电位仪,数控双脉冲电镀电源。1.2原理聚苯胺的形成是通过阳极偶合机理完成的,具体过程可由下式表示：聚苯胺链的形成是活性链端（—NH2)反复进行上述反应,不断增长的结果。由于在酸性条件下,聚苯胺链具有导电性质,保证了电子能通过聚苯胺链传导至阳极,使增长继续。只有当头-头偶合反应发生,形成偶氮结构,才使得聚合停止[2]。1.3聚苯胺的电化学合成在H电解池中放入0.2mol/L的苯胺

3、和0.5mol/L的硫酸溶液,辅助电极为铂丝电极,研究电极为0.95cm2的圆形不锈钢片,用环氧树脂封装电极,聚合前通N230min以除去溶液中的氧气,分别采用恒电流法和正脉冲极化法(导通时间为3ms,关断时间为9ms)聚合,合成的聚苯胺用水轻洗后马上放入0.5mol/L5的硫酸溶液中进行电化学测定,测定前通N230min除去溶液中的氧气。1.4电化学测量实验在三电极体系的电解槽中进行,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为铂丝电极,电解液为0.5mol/L的硫酸溶液,在一定的扫描速度下于Chi66

4、0A电化学工作站上测定循环伏安曲线[3]。图1　脉冲极化合成聚苯胺的循环伏安曲线图2　恒电流合成聚苯胺的循环伏安曲线2聚苯胺的性质2.1导电性导电性是聚苯胺的一个非常重要的特性。本征态的聚苯胺电导率实际上是很低的,但通过质子酸掺杂后,其电导率可提高12个数量级。通过质子酸掺杂和氨水脱掺杂可实现聚苯胺在导体和绝缘体之间的可逆变化。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。研究表明:聚苯胺的电导率与pH值的依赖关系为:当pH>4时,电导率与pH无关,呈绝缘体

5、性质；当2Eg时,聚苯胺价带中的电子将受激发至导带

6、,出现附加的电子π空穴对,即本征光电导,同时激发带中的杂质能级上的电子或空穴而改变其电导率,具有显著的光电转换效应[5]。5Genies发现,聚苯胺在不同的光源照射下响应非常复杂,同光强与聚苯胺的氧化态有密切关系,且对光的响应非常迅速。在激光作用下,聚苯胺表现出非线性光学特性,微微秒(ps)级光转换研究表明:聚苯胺具有较高的三阶非线性系数。它将用于信息存贮、调频、光开关和光计算机等技术上。西安交大研究人员发现,十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的聚苯胺在光照射下,光生载流子明显增大,感光材料的加入有

7、利于聚苯胺在可见光区的吸收,并增加其导电性。3聚苯胺的应用3.1聚苯胺在金属防腐领域的应用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。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。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

8、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。这种形态的聚苯胺在金属的防护中不但具有机械隔离作用而且具有一定的催化钝化作用。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,快速恢复