导电聚苯胺

在20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70年代以前，人们一直将 高分子材料作为绝缘材料来使用，直到日本东京大学白 川英澍试验室所合成的聚乙炔薄膜被研究证实具有较高 的导电性。这一发现，立即在科学界和技术界产生了巨 大的影响和冲击，从此导电高分子材料在全世界被广泛 研究并取得了重大进展。 在已发现或合成的导电高分子材料当中，聚苯胺被公认 为当今导电聚合物中最具有商业代表 性、最有大规模 工业化应用前景的导电高分子材料,其密度仅1.1g/cm3， 兼具金属的导电性和塑料的可加工性及金属和塑料所欠 缺的化学和电化学性能。同时还具有溶液加工性，能与 其它树脂进行掺和，其电导率可以通过化学或电化学方 法来加以调节，可广泛应用于电子化学、船舶工业、石 油化工、国防等诸多领域。
聚苯胺涂料无毒，防护金属、隔离机械，并不断 对其催 化钝化，是新一代的高效防腐涂料。聚苯 胺具有氧化还原活性，可以在 几种氧化还原状态 之间可逆地转换，因此可以与钢 铁或铝合金的表 面反应生成致密的钝化膜，即便原如果贴在金属 表面的聚苯胺膜 缺损，聚苯胺自身会进行催化钝 化，促使裸露部分的金属在酸性环境 中能进行阳 极氧化反应、不被腐蚀，并迅速恢复原样。聚苯 胺抗腐蚀 能力强、抗划伤能力全，目前在船舶、 码头、海洋集装箱、军舰、两栖装甲、送变电设 备、铁路桥梁、化工设备、高压铁塔、等领域被 广泛运用。
b.一定范围内，氧化剂用量的多少与聚合物电 导率的高低呈正相关,但是酸度过高时,则不利 于聚苯胺的生成。 C.在OOC左右是合成聚苯胺的最佳状态，总 体上温度对合成反应影响不大.过硫酸铵体系 中在一定温度范围内，反应过程中温度的升 高 会促使聚合物的产率增加。当温度达30OC 时，产率最大。随着反应过程不断放热，这 个过程本身就有促进作用。
一、导电聚苯胺的结构和导电性能
二、导电聚苯胺的导电原理
二、导电聚苯胺的制备方法
三、导电聚苯胺的合成方法
四、导电聚苯胺的应用及发展前景 三、导电聚苯胺的应用以及发展前景
结构和导电性能
Mac Diarmid[~于1987年提出聚苯胺 的结构式，是一种头尾连接的线性高分子， 其中包括了还原结构单元和氧化结构单元。
应用及发展前景
(一)聚苯胺在金属防腐领域的应用 聚苯胺可以在金属表面形成一层致密的金属氧 化膜，使该金属电极电位处于钝化区而得到保 护,其具体的化学过程为：聚苯胺被还原／铁被 氧化：Fe+3PAn+ +3H2O Fe(OH)3+3PAn+3H+ ；聚苯胺 被氧气氧化：O2+2H2O+PAn PAn++4OH一。
(二)聚苯胺在电磁屏蔽材料的运用
目前电子产品和电器制品在商业、军事和科学中被广泛运 用，但 是随之而来的电磁干扰也越来越严重。导电聚苯胺 具有重量轻、韧性 好、易加工、电导率易调节的优点，成 为一种优良的电磁屏蔽材料。 在10MHz加IGHz的频率范 围之间，用聚苯胺作屏蔽材料，屏蔽效力达 20dB以上。 如果高导电聚苯胺薄膜的厚度大于2O m时，它的屏蔽效 力超过40dB，符合民用标准。
与其它导电高聚物一样，它也属于共轭高分子， 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.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。 聚苯胺具备如下特点：第一,结构多样化，不同的 氧化一还原态对应不同的结构； 第二，特殊的掺杂机理，能够通过掺杂和反掺杂 来改变其性能。
式中Y(0≤y≤1)值代表氧化还原的程度，y=l 时 为完全还原的全苯式结构，对应的是还原 态； y=0时为全醌式结构，对应的是全氧化态； Y=0.5时为苯一醌交替结构，对应的是中间 氧化态。其中，中间氧化态聚苯胺可以用质 子酸进行掺杂成为导体，而全氧化态和全 还原态聚苯胺则不能，因此后两者并无实际 应用价值。
பைடு நூலகம்
a、不同的酸介质决定了苯胺合成不同性质的 聚苯胺，如想制造出 高电导率的聚苯胺必须 在H2SO4、HC1，HCIO4 酸性体系中进行， 制造绝缘体状态的聚苯胺则在HNO3 、 CH3COOH体系中进行。只有在适度酸性条 件下，苯胺才会按1，4一偶联方式发生，最 佳浓度范围为1.0-2.0mol． 如果酸度过低， 苯胺单体按头一尾和头一头两方式相连成为 偶氮副产物、而不是聚苯胺；如果酸度太高， 发生在芳环的取代反应会降低电导率。
2、电化学聚合法 电化学聚合法是在含苯胺单体的电解质溶液中, 选择适当的电化学条件,使苯胺在阳极上发生氧 化聚合反应，生成黏附于电极表面的聚苯胺薄 膜，或是沉积在电极表面的聚苯胺粉末.以氟化 铵与氢氟酸作为电解质溶液，以铂为工作电极， Cu／CuF 为参比电极，在含苯胺和电解质的 电解池中，以动电位扫描法进行电化学聚合， 反应一段时间后即生 成聚苯胺产物
导电原理
合成方法
目前的比较常用的合成方法有两大类， 主要是化学合成和电化学合成。 1、化学合成聚苯胺是指借助酸性介质通过氧 化剂氧化和聚合链接苯胺单体.化学氧化法能够 大批量制备聚苯胺，具有设备简单、反应条件 容易控制等优点，是目前制备聚苯胺最常用的 一种方法。其中研究比较成熟的方法是溶液聚 合和乳液聚合两种方法。化学法合成聚苯胺主 要受参与反应的 酸性溶液和氧化剂的种类及浓 度，单体苯胺的浓度和反应温度、时间等要素 影响。
40dB即透过率 为1/10000,屏 蔽率为99.99%
总之，人们对聚苯胺的结构、特性、合成、 掺杂、 改性、用途等方面的研究已经取得 了长足的进展。但对聚苯胺的溶解性、机械 加工性以及聚苯胺的电 致变色性等机制的 研究还有待进一步深入。对聚苯 胺的认识 并未止步，人们正期待着开发出聚苯胺更多 的应用领域。