導(dǎo)電聚苯胺合成及其應(yīng)用

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1、導(dǎo)電聚苯胺合成及其應(yīng)用摘要：聚苯胺(PANI)是研究最為廣泛的導(dǎo)電高分子材料。本文綜述了導(dǎo)電聚苯胺的結(jié)構(gòu)、合成方法及基本性質(zhì)并介紹了聚苯胺的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電聚苯胺；合成；應(yīng)用　　1862年H.Letheby發(fā)現(xiàn)作為顏料使用和研究的聚苯胺,1984年,MacDiarmid在酸性條件下,由聚合苯胺單體獲得具有導(dǎo)電性聚合物,通過20多年的研究,聚苯胺在電池、金屬防腐、印刷、軍事等領(lǐng)域展示了極廣闊的應(yīng)用前景,成為現(xiàn)在研究進(jìn)展最快、最有工業(yè)化應(yīng)用前景的功能高分子材料[1]。1導(dǎo)電聚苯胺的電化學(xué)合成方法1

2、.1試劑和儀器a.試劑為:硫酸、硝酸、苯胺(均為分析純),去離子水。b.儀器為:Chi660A電化學(xué)工作站,DHX2Ⅱ恒電位儀,數(shù)控雙脈沖電鍍電源。1.2原理聚苯胺的形成是通過陽極偶合機(jī)理完成的,具體過程可由下式表示：聚苯胺鏈的形成是活性鏈端（—NH2)反復(fù)進(jìn)行上述反應(yīng),不斷增長的結(jié)果。由于在酸性條件下,聚苯胺鏈具有導(dǎo)電性質(zhì),保證了電子能通過聚苯胺鏈傳導(dǎo)至陽極,使增長繼續(xù)。只有當(dāng)頭-頭偶合反應(yīng)發(fā)生,形成偶氮結(jié)構(gòu),才使得聚合停止[2]。1.3聚苯胺的電化學(xué)合成在H電解池中放入0.2mol/L的苯胺

3、和0.5mol/L的硫酸溶液,輔助電極為鉑絲電極,研究電極為0.95cm2的圓形不銹鋼片,用環(huán)氧樹脂封裝電極,聚合前通N230min以除去溶液中的氧氣,分別采用恒電流法和正脈沖極化法(導(dǎo)通時(shí)間為3ms,關(guān)斷時(shí)間為9ms)聚合,合成的聚苯胺用水輕洗后馬上放入0.5mol/L5的硫酸溶液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)定,測(cè)定前通N230min除去溶液中的氧氣。1.4電化學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)在三電極體系的電解槽中進(jìn)行,參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極為鉑絲電極,電解液為0.5mol/L的硫酸溶液,在一定的掃描速度下于Chi66

4、0A電化學(xué)工作站上測(cè)定循環(huán)伏安曲線[3]。圖1　脈沖極化合成聚苯胺的循環(huán)伏安曲線圖2　恒電流合成聚苯胺的循環(huán)伏安曲線2聚苯胺的性質(zhì)2.1導(dǎo)電性導(dǎo)電性是聚苯胺的一個(gè)非常重要的特性。本征態(tài)的聚苯胺電導(dǎo)率實(shí)際上是很低的,但通過質(zhì)子酸摻雜后,其電導(dǎo)率可提高12個(gè)數(shù)量級(jí)。通過質(zhì)子酸摻雜和氨水脫摻雜可實(shí)現(xiàn)聚苯胺在導(dǎo)體和絕緣體之間的可逆變化。聚苯胺的導(dǎo)電性受許多因素的影響,除分子鏈本身的結(jié)構(gòu)外,較重要的因素還有pH值和溫度。研究表明:聚苯胺的電導(dǎo)率與pH值的依賴關(guān)系為:當(dāng)pH>4時(shí),電導(dǎo)率與pH無關(guān),呈絕緣體

5、性質(zhì)；當(dāng)2Eg時(shí),聚苯胺價(jià)帶中的電子將受激發(fā)至導(dǎo)帶

6、,出現(xiàn)附加的電子π空穴對(duì),即本征光電導(dǎo),同時(shí)激發(fā)帶中的雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴而改變其電導(dǎo)率,具有顯著的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)[5]。5Genies發(fā)現(xiàn),聚苯胺在不同的光源照射下響應(yīng)非常復(fù)雜,同光強(qiáng)與聚苯胺的氧化態(tài)有密切關(guān)系,且對(duì)光的響應(yīng)非常迅速。在激光作用下,聚苯胺表現(xiàn)出非線性光學(xué)特性,微微秒(ps)級(jí)光轉(zhuǎn)換研究表明:聚苯胺具有較高的三階非線性系數(shù)。它將用于信息存貯、調(diào)頻、光開關(guān)和光計(jì)算機(jī)等技術(shù)上。西安交大研究人員發(fā)現(xiàn),十二烷基苯磺酸(DBSA)摻雜的聚苯胺在光照射下,光生載流子明顯增大,感光材料的加入有

7、利于聚苯胺在可見光區(qū)的吸收,并增加其導(dǎo)電性。3聚苯胺的應(yīng)用3.1聚苯胺在金屬防腐領(lǐng)域的應(yīng)用金屬腐蝕給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失,由腐蝕引起的破壞事例遍及所有使用金屬的場(chǎng)合。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/3,造成的損失非常巨大。1985年,DeBerry發(fā)現(xiàn),在酸性介質(zhì)中用電化學(xué)法合成的聚苯胺膜能使不銹鋼表面活性鈍化而防腐,這一特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注,從此人們?cè)诟g防護(hù)領(lǐng)域開始了導(dǎo)電高分子膜的應(yīng)用研究。研究結(jié)果顯示,聚苯胺在環(huán)境pH值≥7時(shí)具有完全氧化態(tài)(LEB)和半

8、氧化態(tài)(EB)結(jié)構(gòu),這兩種結(jié)構(gòu)的聚苯胺在金屬的防護(hù)過程中,只起到一種機(jī)械隔離作用,它類似于金屬表面的非金屬涂裝保護(hù)這種形式。當(dāng)金屬表面的聚苯胺有缺損時(shí),它對(duì)該部位不起到保護(hù)作用；而當(dāng)聚苯胺在環(huán)境pH值<7時(shí),聚苯胺結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,形成聚苯胺鹽(ES)形態(tài),此時(shí)聚苯胺具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)活性。這種形態(tài)的聚苯胺在金屬的防護(hù)中不但具有機(jī)械隔離作用而且具有一定的催化鈍化作用。當(dāng)金屬表面的聚苯胺有缺損時(shí),它對(duì)該部位起一種催化鈍化作用,使缺損聚苯胺涂層的金屬裸露部分在酸性條件下,發(fā)生陽極氧化反應(yīng),快速恢復(fù)