新型导电高分子材料-聚苯胺

聚苯胺

聚苯胺的出现已有一百多年的历史，但聚苯胺的导电性研究只是近几十年的事情，在众多导电聚合物中，聚苯胺被认为是最有希望在实际中得到应用的导电高分子材料。主要是由于其具有：一、优异的电化学性能及化学稳定性；二、生产原料易得，制备方法简便。

20世纪80年代，聚苯胺被列为导电高分子材料的“新品种”得到了开发。简史

1826年，德国化学家通过热解蒸馏靛蓝首次制得苯胺。

1840年，从靛蓝中得到无色的油状物苯胺，将其命名aniline，病载1856年用于染料工业。

1862年，也证实苯胺可以在氧化下形成某些固体颗粒。

1984年，提出了被广泛认知接受的苯式（还原单元）-醌式（氧化单元）结构共存的模型。随着两种结构单元的含量不同，聚苯胺处于不同程度的氧化还原状态，并且可以相互转化。不同氧化还原状态的聚苯胺可通过适当的掺杂方式获得导电聚苯胺。结构聚苯胺的实际合成与结构研究始于20世纪初，英国和德国两个研究小组采用各种氧化剂和反应条件对苯胺进行氧化，得到一系列不同氧化程度的苯胺低聚物。将苯胺的基本氧化产物和缩合产物通称为苯胺黑。而Green分别以H2O2，NaClO3为氧化剂合成了五种具有不同氧化程度的苯胺八隅体，并根据其氧化程度的不同分别命名为全还原式（leucoemeraldine）、单醌式（protoemeradine）、双醌式（emeraldine）、三醌式（nigraniline）、四醌式即全氧化式（pernigraniline）。这些结构形式及命名有的至今仍被采用。1968年，缩聚方法合成了苯基封端的聚苯胺齐聚物，同年合成了聚苯胺半导体并提出可能的结构形式，而聚苯胺的结构正式为人所认同是在1984年，提出了聚苯胺可相互转化的4种形式，并认为无论用化学氧化法还是电化学方法合成的导电聚苯胺均对应于理想模型。中科院长春应化所的王佛松等人通过分析聚苯胺的IR和喇曼光谱，确认了醌环的存在并证明了苯、醌环的比例为3：1，据此修正之前的模型，概括出了聚苯胺结构。理化性质1、溶解性

聚苯胺由于其链刚性和链间强相互作用，使它的可溶性极差，在大部分常用的有机溶剂中几乎不溶，仅部分溶于N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮，这就给表征带来一定的困难，并且极大地限制了聚苯胺的应用。通过结构修饰（衍生物、接枝、共聚）、掺杂诱导、聚合、复合和制备胶体颗粒等方法获得可溶性或水溶性的导电聚苯胺。如在聚苯胺分子链上引入磺酸基团可得到水溶性导电高分子。2、导电性

聚苯胺的导电性受pH值和温度影响较大，当pH>4时，电导率与pH无关，呈绝缘体性质。电导率与温度在一定温度范围可认为随着温度的升高其电导率增大。在一定pH值下，随电位升高，电导率逐渐增大，随后达到一个平台。但电位继续升高时，电导率却急剧下降，最后呈现绝缘体行为。扫描电位的变化反映在聚苯胺的结构上，说明聚苯胺表现的状态中，最高氧化态和最低还原态均为绝缘状态，而只有中间的半氧化态呈导电性。3、光学性质

聚苯胺分子主链上含有大量的共轭P电子，当受强光照射时，聚苯胺价带中的电子将受激发至导带，出现附加的电子-空穴对，即本征光电导，同时激发带中的杂质能级上的电子或空穴而改变其电导率，具有显著的光电转换效应。而且在不同的光源照射下响应非常复杂且非常迅速。在激光作用下，聚苯胺表现出高非线性光学特性，可用于信息存贮、调频、光开关和光计算机等技术上。聚苯胺的应用

用聚苯胺制备导电纤维，不仅导电性优良持久，而且通过改变掺杂酸的浓度，很容易调节纤维的电导率，这是其它纤维所不具备的优良性质。在普通纤维中混用极少量的导电纤维，就能赋予纤维制品充分的抗静电性能，而且抗静电性能不会受到环境湿度的影响。有人对纤维进行氧化掺杂，制得的导电纤维的比电阻为1.05×10-2Ωcm。

制备方法主要有熔体纺丝法和原位聚合法。熔体纺丝法主要是采用聚苯胺本体纺丝或将聚苯胺与基体聚合物混合纺丝，其优点是制得的导电聚苯胺纤维有较高的电导率，但聚苯胺在普通溶剂中溶解性很差，可供选择的溶剂极少，因此在实际生产中有很大的限制。Polymermaterials

作为研究最为充分和最具应用潜力的导电聚合物，聚苯胺合成简便、导电性和独特的掺杂\去掺杂特性使得其具有广泛的使用场景。近年来对纳米结构的研究使的聚苯胺纳米纤维具备了更好的加工性和功能性，并已