版本3導(dǎo)電聚苯胺制備.結(jié)構(gòu).性能

1、新型導(dǎo)電聚苯胺的新型導(dǎo)電聚苯胺的結(jié)構(gòu)與性能結(jié)構(gòu)與性能主講人：鄧偉主講人：鄧偉 朱坤坤朱坤坤指導(dǎo)老師：陳萬(wàn)煜指導(dǎo)老師：陳萬(wàn)煜主要內(nèi)容一、導(dǎo)電聚合物概論二、導(dǎo)電聚苯胺的制備及摻雜三、導(dǎo)電聚苯胺結(jié)構(gòu)與原理四、導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用五、前景展望108107 S/m103102 S/mTi(OC4H9)4Al(C2H5)3HCCH溫度溫度高分子材料有可高分子材料有可能導(dǎo)電嗎？能導(dǎo)電嗎？導(dǎo)電聚合物概論導(dǎo)電聚合物概論1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa合成了可導(dǎo)電的聚乙炔世紀(jì)發(fā)現(xiàn)世紀(jì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電高分子材料一般的有機(jī)高分子材料都是絕緣體，一般的有機(jī)高分子材料都是絕緣體，1977年，美國(guó)化學(xué)家年，美

2、國(guó)化學(xué)家AG和物理學(xué)家和物理學(xué)家AJ及日本的及日本的白川等人發(fā)現(xiàn)聚乙炔經(jīng)過(guò)摻雜后表現(xiàn)出明顯的導(dǎo)電性，從此開啟了導(dǎo)電高分子這一新白川等人發(fā)現(xiàn)聚乙炔經(jīng)過(guò)摻雜后表現(xiàn)出明顯的導(dǎo)電性，從此開啟了導(dǎo)電高分子這一新型功能材料領(lǐng)域，由于導(dǎo)電高分子既具有金屬和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)特性，又具型功能材料領(lǐng)域，由于導(dǎo)電高分子既具有金屬和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)特性，又具有有機(jī)聚合物的可加工性能，因此成為材料科學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)有有機(jī)聚合物的可加工性能，因此成為材料科學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。G. MacDiarmid艾倫艾倫馬克迪爾米德馬克迪爾米德H.Shirakawa白川英樹白川英樹 J.Heeger艾倫艾倫黑格黑格 常見導(dǎo)

3、電高分子材料常見導(dǎo)電高分子材料Spolythiophene (PT)n 聚吡咯聚吡咯 聚噻吩聚噻吩 聚對(duì)苯撐乙炔聚對(duì)苯撐乙炔 聚苯胺聚苯胺 由于分子中雙鍵的由于分子中雙鍵的電子的非定域性，這類聚合物大都電子的非定域性，這類聚合物大都表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。聚苯胺聚苯胺 (PANI)的制備及摻雜的制備及摻雜v聚苯胺由于具有原料價(jià)廉、合成工藝簡(jiǎn)單、高導(dǎo)電性、耐高溫、環(huán)境穩(wěn)定性優(yōu)良v等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展為近年來(lái)最具有研究前景的導(dǎo)電高分子材料之一。苯胺+酸苯胺鹽聚苯胺產(chǎn)品(NH4)2S2O8攪拌滴加多次洗滌多次洗滌 真空干燥真空干燥過(guò)濾過(guò)濾85化學(xué)氧化法制備聚苯胺化學(xué)氧化法制備聚苯胺 由于

4、苯胺微溶于水,所以先將苯胺與酸反應(yīng)生成可溶性苯胺鹽,然后聚合成聚苯胺。)聚苯胺聚苯胺 (PANI)的制備及摻雜的制備及摻雜 v質(zhì)子酸摻雜質(zhì)子酸摻雜 在酸性條件下,以過(guò)硫酸銨硫酸銨為氧化劑,可使苯胺氧化聚合為聚苯胺。當(dāng)用質(zhì)子酸進(jìn)行摻雜時(shí),質(zhì)子化優(yōu)先發(fā)生在分子鏈的亞胺氮原子上(-N=),質(zhì)子酸HCl發(fā)生離解,生成氫質(zhì)子H+轉(zhuǎn)移到分子鏈上,使鏈中亞胺氮原子發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng),生成荷電元激發(fā)態(tài)極化子,因此本征態(tài)的聚苯胺經(jīng)質(zhì)子酸摻雜后,分子內(nèi)的醌環(huán)消失,電子云重新分布。 雙醌形式的鏈結(jié)構(gòu)N原子的正電荷離域到大健摻雜定義摻雜定義：導(dǎo)電聚合物的摻雜結(jié)構(gòu)涉及對(duì)離子的摻雜，更一般地，只要有電荷注入共軛聚聚合物的主鏈

5、，都可以稱為摻雜。導(dǎo)電聚苯胺的摻雜改性導(dǎo)電聚苯胺的摻雜改性 化學(xué)摻雜化學(xué)摻雜 就是通過(guò)化學(xué)摻雜實(shí)現(xiàn)的，化學(xué)摻雜包括p型摻雜和n型摻雜兩種。通常所說(shuō)的聚苯胺的質(zhì)子酸摻雜也是化學(xué)摻雜的一種。 電化學(xué)摻雜電化學(xué)摻雜 電化學(xué)摻雜是指通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物的摻雜。許多共軛聚合物在高電位區(qū)可發(fā)生電化學(xué)p型摻雜/脫摻雜(氧化/再還原)過(guò)程，在低電位區(qū)又可發(fā)生電化學(xué)n型摻雜/脫摻雜(還原/再氧化)過(guò)程。 界面電荷注入摻雜界面電荷注入摻雜 在電場(chǎng)的作用下電荷可以直接從金屬電極通過(guò)接觸界面注入共軛聚合物，形成共軛聚合物的電荷摻雜，空穴注入共軛聚合物的價(jià)帶形成p型摻雜，而電子注入共軛聚合物的導(dǎo)帶形成n型摻雜.

6、導(dǎo)電聚苯胺的結(jié)構(gòu)與原理導(dǎo)電聚苯胺的結(jié)構(gòu)與原理在聚合物的空軌道中加入在聚合物的空軌道中加入電子，或從占有軌道中拉出電電子，或從占有軌道中拉出電子，進(jìn)而改變現(xiàn)有子，進(jìn)而改變現(xiàn)有 電子電子能代的能級(jí)，出現(xiàn)能量居中能代的能級(jí)，出現(xiàn)能量居中的半充滿能帶，的半充滿能帶，減小能帶間的能量差，使得減小能帶間的能量差，使得自由電子或空穴移動(dòng)的阻礙自由電子或空穴移動(dòng)的阻礙力減小因而導(dǎo)力減小因而導(dǎo)電能力大大提高。電能力大大提高。摻雜機(jī)理?yè)诫s機(jī)理導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用導(dǎo)電聚苯胺導(dǎo)電聚苯胺抗靜電抗靜電導(dǎo)膠體導(dǎo)膠體電致變色材料電致變色材料傳感器傳感器軍事隱軍事隱身材料身材料電磁屏電磁屏蔽蔽金屬防腐金屬防腐電磁屏

7、電磁屏蔽蔽1. 抗靜電抗靜電 抗靜電的必要性：抗靜電的必要性：有些場(chǎng)合有些場(chǎng)合靜電泄漏可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重火靜電泄漏可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重火災(zāi)或爆炸事故。因此有必要災(zāi)或爆炸事故。因此有必要將靜電適時(shí)帶走，避免靜電將靜電適時(shí)帶走，避免靜電積累。聚苯胺可以做成導(dǎo)電積累。聚苯胺可以做成導(dǎo)電纖維，然后用聚苯胺纖維做纖維，然后用聚苯胺纖維做導(dǎo)電衣服，就可以避免靜電導(dǎo)電衣服，就可以避免靜電的發(fā)生。的發(fā)生。 抗靜電方法抗靜電方法：將產(chǎn)生的靜電適時(shí)導(dǎo)走，避免靜電積累將產(chǎn)生的靜電適時(shí)導(dǎo)走，避免靜電積累導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用 近幾年近幾年, ,鉛錫焊料是鉛錫焊料是印刷線路板和表面組印刷線路板和表面組裝技術(shù)中的連接材料

8、裝技術(shù)中的連接材料, ,其中含鉛在其中含鉛在40%40%左右，左右，鉛既危害人體健康鉛既危害人體健康, ,也也污染環(huán)境。污染環(huán)境。聚苯胺聚苯胺做做成膠黏劑，就可以取成膠黏劑，就可以取代鉛錫焊料，從而保代鉛錫焊料，從而保障人體的健康。障人體的健康。2. 導(dǎo)電膠導(dǎo)電膠導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用3.電致變色材料電致變色材料 聚苯胺作為電致變色材料的優(yōu)點(diǎn)是可制成全固態(tài)電致變色窗口，此外，在信息存儲(chǔ)、顯示上有應(yīng)用前景。右圖就是其在電至變色窗口的應(yīng)用。導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用 隱身技術(shù)是當(dāng)今軍事隱身技術(shù)是當(dāng)今軍事科學(xué)的重要技術(shù)之一，是科學(xué)的重要技術(shù)之一，是國(guó)家軍事實(shí)力的重要標(biāo)志。國(guó)家軍事實(shí)力的重要標(biāo)志。 聚苯胺具有導(dǎo)電特性聚苯胺具有導(dǎo)電特性和防腐特性，和防腐特性， 合成特定合成特定介電常數(shù)的聚苯胺涂料或介電常數(shù)的聚苯胺涂料或者以聚苯胺為基體做復(fù)合者以聚苯胺為基體做復(fù)合材料船體，可以