导电聚苯胺合成及其应用.doc

导电聚苯***合成及其应用
摘要:聚苯***(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***的结构、合成方法及基本性质并介绍了聚苯***的应用。
关键词:导电聚苯***;合成;应用
1862年H. Letheby发现作为颜料使用和研究的聚苯***,1984年,MacDiarmid 在酸性条件下,由聚合苯***单体获得具有导电性聚合物,通过20多年的研究,聚苯***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***的电化学合成方法
1. 1 试剂和仪器
a. 试剂为: 硫酸、***、苯***(均为分析纯) ,去离子水。
b. 仪器为:Chi660A 电化学工作站,DHX2 Ⅱ恒电位仪,数控双脉冲电镀电源。
1. 2 原理
聚苯***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***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***链具有导电性质, 保证了电子能通过聚苯***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***的电化学合成
在H mol/ L 的苯*** mol/ L的硫酸溶液,辅助电极为铂丝电极, cm2 的圆形不锈钢片,用环氧树脂封装电极,聚合前通N2 30 min 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3 m
s ,关断时间为9 ms) 聚合,合成的聚苯*** mol/ L 的硫酸溶液中进行电化学测定,测定前通N2 30 min 除去溶液中的氧气。
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***电极,辅助电极为铂丝电极, mol/ L 的硫酸溶液, 在一定的扫描速度下于Chi660A 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***的循环伏安曲线图2 恒电流合成聚苯***的循环伏安曲线
2 聚苯***的性质
2. 1 导电性
导电性是聚苯***的一个非常重要的特性。本征态的聚苯***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***在导体和绝缘体之间的可逆变化。聚苯***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***的电导率与pH 值的依赖关系为:当pH > 4 时,电导率与pH 无关,呈绝缘体性质;当2 < pH < 4 时,电导率随溶液pH 值的降低而迅速增加,其表现为半导体特性;当pH < 2 时,电导率与pH 值无关,呈金属特性。因此可以通过控制pH值来控制掺杂率,从而控制电导率。聚苯***的电导率与温度有关,在一定温度范围,随着温度的升高,其电导率可从室温的10 S/cm增至235 ℃的103 S/cm[4]。
2. 2 聚苯***的光电性质及非线性光学性质
聚苯***是一种P型半导体, 其分子主链上含有大量的共轭P电子, 尤其是用质子酸掺杂后形成了空穴载流子, 当受强光照射时, 即hν> E g 时, 聚苯***价带中的电子将受激发至导带, 出现附加的电子π空穴对, 即本征光电导, 同