《导电高分子材料及其运用》课程教学资源（PPT课件讲稿）导电高分子聚苯胺简介 Polyaniline

导电高分子聚苯胺简介 Polyaniline

导电高分子聚苯胺简介 Polyaniline

聚苯胺(PAN) 前言 聚苯胺的结构与性质 三.聚苯胺的合成方法 四.聚苯胺的掺杂 五.聚苯胺的应用

聚苯胺(PANI) 一．前言 二．聚苯胺的结构与性质 三. 聚苯胺的合成方法 四. 聚苯胺的掺杂 五. 聚苯胺的应用

刊言 聚苯胺自从1984年,被美国宾夕法尼亚大学的 化学家 MacDiarmid等重新开发以来,以其良好的 热稳定性,化学稳定性和电化学可逆性,优良的电 磁微波吸收性能,潜在的溶液和熔融加工性能,原 料易得,合成方法简便,还有独特的掺杂现象等特 性,成为现在研究进展最快的导电高分子材料之 以其为基础材料,目前正在开发许多新技术,例如 全塑金属防腐技术、船舶防污技术、太阳能电池、 电磁屏蔽技术、抗静电技术、电致变色、传感器 元件、催化材料和隐身技术等

一．前言 聚苯胺自从1984 年, 被美国宾夕法尼亚大学的 化学家MacDiarmid 等重新开发以来, 以其良好的 热稳定性, 化学稳定性和电化学可逆性, 优良的电 磁微波吸收性能, 潜在的溶液和熔融加工性能, 原 料易得, 合成方法简便, 还有独特的掺杂现象等特 性, 成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一, 以其为基础材料, 目前正在开发许多新技术, 例如 全塑金属防腐技术、船舶防污技术、太阳能电池、 电磁屏蔽技术、抗静电技术、电致变色、传感器 元件、催化材料和隐身技术等

二.聚苯胺的结构与性质 聚苯胺由还原单元+HN NH 于 和氧化单元七 N=<>=N于构成,其结构单 元 可表示为: EHN>NH> IK>-N=>=N ·其中y表示氧化-还原程度。氧化度不同的聚苯胺表现 出不同的组分、结构、颜色及电导特性,如从完全还 原态( Leuco-emeraldiline,LBy=1)向完全氧化态 ( Pernigraniline,PBy=0)转化的过程中,随氧化度的 提高聚苯胺依次表现为黄色、绿色、深蓝、深紫色和 黑色

二．聚苯胺的结构与性质 • 其中y 表示氧化-还原程度。氧化度不同的聚苯胺表现 出不同的组分、结构、颜色及电导特性,如从完全还 原态(Leuco-emeraldiline , LB y = 1) 向完全氧化态 ( Pernigraniline , PB y = 0) 转化的过程中,随氧化度的 提高聚苯胺依次表现为黄色、绿色、深蓝、深紫色和 黑色

三。聚苯胺的合成方法 ·1化学氧化聚合法 ·2电化学聚合法

三. 聚苯胺的合成方法 • 1 化学氧化聚合法 • 2 电化学聚合法

四.聚苯胺的掺杂 “掺杂”一词来源于半导体化学,指在纯净的无机 半导体材料如硅、锗或镓中加入少量具有不同价 态的第二种物质,以改变半导体材料中空穴和自由 电子的分布状态。导电高分子领域的“掺杂”与 无机半导体的“掺杂”概念还是有一定的差别。 无机半导体的掺杂是原子的替代,掺杂量很低,没 有脱掺杂过程。而导电高分子的掺杂是氧化还原 过程,其掺杂实质是电荷转移;掺杂量很大,可高达 50%;导电高分子掺杂具有完全可逆的过程

四. 聚苯胺的掺杂 • “掺杂”一词来源于半导体化学,指在纯净的无机 半导体材料如硅、锗或镓中加入少量具有不同价 态的第二种物质,以改变半导体材料中空穴和自由 电子的分布状态。导电高分子领域的“掺杂”与 无机半导体的“掺杂”概念还是有一定的差别。 无机半导体的掺杂是原子的替代, 掺杂量很低, 没 有脱掺杂过程。而导电高分子的掺杂是氧化还原 过程,其掺杂实质是电荷转移;掺杂量很大,可高达 50 %;导电高分子掺杂具有完全可逆的过程

a质子酸掺杂 ·聚苯胺的掺杂机制同其它导电高聚物的掺杂机制完全 不同,其它的导电聚合物的掺杂总是伴随着主链上电子 的得失,而聚苯胺的质子酸掺杂没有改变主链上的电子 数目,只是质子进入高聚物主链上才使链带正电,为维 持电中性,阴离子也进入高聚物的主链

a 质子酸掺杂 • 聚苯胺的掺杂机制同其它导电高聚物的掺杂机制完全 不同,其它的导电聚合物的掺杂总是伴随着主链上电子 的得失,而聚苯胺的质子酸掺杂没有改变主链上的电子 数目,只是质子进入高聚物主链上才使链带正电,为维 持电中性,阴离子也进入高聚物的主链

·关于PAN的质子酸掺杂机理和掺杂产物的结构,主要由 “极化子晶格”模型和“四环苯醌变体”模型进行解释。 聚苯胺的主要掺杂点是亚胺氮原子。 ·据上述模型推断聚苯胺的掺杂反应如下: (N○N③ Pristine pan Protonated PAn Intramolecular charge transfer Doped PAn Ba

• 关于PANI 的质子酸掺杂机理和掺杂产物的结构,主要由 “极化子晶格”模型和“四环苯醌变体”模型进行解释。 聚苯胺的主要掺杂点是亚胺氮原子。 • 据上述模型推断聚苯胺的掺杂反应如下:

b.氧化还原掺杂 ·事实上,除了质子酸掺杂外,我们还发现,聚苯胺也象其 它的导电高分子一样,能够进行氧化还原掺杂,这就是 “碘掺杂”、“光助氧化掺杂”以及“离子注入掺 杂

b. 氧化还原掺杂 • 事实上,除了质子酸掺杂外,我们还发现,聚苯胺也象其 它的导电高分子一样,能够进行氧化还原掺杂,这就是 “碘掺杂”、“光助氧化掺杂”以及“离子注入掺 杂”

以上还原态聚苯胺的氧化掺杂和氧化态聚苯胺的还原掺杂, 与聚苯胺的质子酸掺杂一起,构成了聚苯胺的掺杂行为的 全貌.显然,究竞发生哪一种掺杂,决定于它的化学结构: lodine oxidative doping YNH NH NH NH Light-assisted Reduced PAn Oxidative doping Oxidation Reduction AN Protonic doping Doped PAn Common PAn Oxidation Reduction NNN○K implantation Oxided PAn Reductive dopin

• 以上还原态聚苯胺的氧化掺杂和氧化态聚苯胺的还原掺杂, 与聚苯胺的质子酸掺杂一起,构成了聚苯胺的掺杂行为的 全貌. 显然,究竟发生哪一种掺杂,决定于它的化学结构: