导电高分子材料聚苯胺的研究进展_马利

　2002年2月第25卷第2期

重庆大学学报　(自然科学版)

JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)

Vol.25　No.2Feb.2002

　　文章编号:1000-582X(2002)02-0124-04

导电高分子材料聚苯胺的研究进展

马　利,汤　琪

(重庆大学化学化工学院,重庆　400044)

摘　要:结合导电高分子材料聚苯胺目前研究的现状,综述了聚苯胺的结构、特性,聚苯胺的电化学

合成法及化学合成法的影响因数及最佳条件,聚苯胺的掺杂机制、无机酸掺杂和有机酸掺杂、二次掺杂,提高聚苯胺的溶解性和可加工性的方法以及聚苯胺的广泛用途。指出了聚苯胺的发展方向和发展前景。

关键词:聚苯胺;掺杂;改性中图分类号:O63　　　　　　　文献标识码:A　　聚合物一直被认为是绝缘体,但是自从1976年,

美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔具有类似金属的导电性以后,人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高,逐渐产生了导电高分子这门新兴学科。在随后的研究中逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子,由于导电高分子材料作为新兴不可替代的基础有机材料之一,几乎可以用于现代所有新兴产业及高科技领域之中,因此对导电高分子研究不仅具有重大的理论价值,而且具有巨大的应用价值。

在众多的导电高分子材料中,人们对聚乙炔的研究较早,也最为深入,但由于它的制备条件比较苛刻,且它的抗氧化能力和环境稳定性差,给它的实用化带来了极大困难。而聚苯胺原料便宜,合成简便,耐高温及抗氧化性能良好,有较高的电导和潜在的溶液、熔融加工可能性,易成膜且膜柔软、坚韧等优点和具有优良的电致变色性,在日用商品及高科技等方面有着广泛的应用前景。因此虽然聚苯胺于1984年才被MacDiarmid等重新开发,却一跃成为当今导电高分子研究的热点和推动力之一,倍受人们的广泛关注。在这十多年期间,国内外相关研究者们已对聚苯胺的结构、特性、合成、掺杂、改性等方面进行了较为深入的研究。

构和后来出现的大量实验数据相矛盾。1987年,MacDiarmid进一步提出了后来被广泛接受的苯式-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,其结构为

:

其中y值用于表征聚苯胺的氧化还原程度,不同的y值对应于不同的结构、组分和颜色及电导率,完全还原型(y=1)和完全氧化型(y=0)都为绝缘体。在0<y<1的任一状态都能通过质子酸掺杂,从绝缘体变为导体,仅当y=0.5时,其电导率为最大。1.2　聚苯胺的特性1.2.1电化学性质及电致变色性聚苯胺在不同氧化态之间能够进行可逆的氧化还原反应,在酸性条件下,聚苯胺的循环伏安曲线上可出现3对清晰的氧化还原峰。氧化还原峰的峰值电流和峰值电位随膜厚不同而异,阴极和阳极峰值电流与扫描速度的均方根呈线性关系。随溶液pH值的升高,聚苯胺膜的电活性降低,当pH>3时,其电活性逐步消失。

电致变色现象是指在外加偏电压感应下,材料的光吸收或光散射特性的变化。这种颜色的变化在外加电场移去后仍能完整地保留。聚苯胺的一个重要特性就是电致变色性,聚苯胺的电致变色效应与氧化还原反应和质子化过程(pH值)有关。在中性或碱性条件下制得的聚苯胺薄膜是黑色的,在可见光谱中不显示电致变色现象,只

1　聚苯胺的结构与特性

1.1　聚苯胺的结构

MacDiarmid重新开发聚苯胺后,在固体C-NMR及IR研究的基础上提出聚苯胺是一种头-尾连接的线性聚合物,由苯环-醌环交替结构所组成,但这种结

收稿日期:2001-09-25

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