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有機導電高分子材料聚苯胺聚苯胺(PAn)是目前研究最為廣泛的導電高分子材料之一,具有原料易得、合成簡便、耐高溫及抗氧化性能良好等優(yōu)點,是目前公認的最具有應用潛力的導電高分子材料之一。PAn還有獨特的摻雜機制,優(yōu)異的物理化學性能,良好的光、熱穩(wěn)定性,使其擁有許多獨特的應用領(lǐng)域。目前正應用于許多高新技術(shù)如抗靜電技術(shù)、太陽能電池、全塑金屬防腐技術(shù)、船舶防污技術(shù)、傳感器器件、電化學和催化材料、隱身技術(shù)、電致變色等,而且對這些技術(shù)的應用探索也已取得了重要進展,并逐步向?qū)嵱没~進,顯示了PAn極其廣闊且誘人的發(fā)展前景。物質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)決定其電學性質(zhì),物質(zhì)的能帶由各分子或原子軌道重疊而成,分為價帶和導帶[1]。通常是價帶寬度大于lO.OeV時,電子很難激發(fā)到導帶,物質(zhì)在室溫下是絕緣體;而當價帶寬度為l.OeV時,電子可通過熱、振動或光等方式激發(fā)到導帶,物質(zhì)為半導體;經(jīng)摻雜的PAn,其n成鍵軌道組成的價帶與n反鍵軌道組成的導帶之間的能帶寬度(價帶)為l.OeV左右,所以PAn有半導體特性。PAn的導電機理與其他導電高聚物的摻雜機制完全不同:它是通過質(zhì)子酸摻雜,質(zhì)子進入高聚物鏈上,使鏈帶正電,為維持電中性,對陰離子也進入高聚物鏈,摻雜后鏈上電子數(shù)目不發(fā)生變化,其導電性能不僅取決于主鏈的氧化程度,而且與質(zhì)子酸的摻雜程度有關(guān)。PAn用質(zhì)子酸摻雜時優(yōu)先在分子鏈的亞胺氮原子上發(fā)生質(zhì)子化,生成荷電元激發(fā)態(tài)極化子,使PAn鏈上摻雜價帶上出現(xiàn)空穴,即P型摻雜,使分子內(nèi)醌環(huán)消失,電子云重新分布,氮原子上正電荷離域到大共軛鍵中,使PAn呈現(xiàn)出高導電性。國內(nèi)外已相繼開展了導電高聚物雷達吸波材料的研究,并取得了一定的進展。聚苯胺吸波材料[20]主要分為摻雜型聚苯胺吸波材料、聚苯胺/無機復合吸波材料、聚苯胺/聚合物復合吸波材料、聚苯胺微管復合吸波材料。摻雜態(tài)聚苯胺屬于電損耗型介質(zhì),其吸波特性與摻雜劑、摻雜度、制備工藝等條件有密切關(guān)系,尤其是與材料的電磁性質(zhì)——電磁參數(shù)有直接關(guān)系,對微波呈現(xiàn)較好的吸收性能,但摻雜聚苯胺仍存在吸收小、吸收頻帶窄等缺點,不能滿足應用的需要;利用磁性物質(zhì)物理再摻雜和聚苯胺化學原位聚合法把聚苯胺和高磁感軟磁材料以適當?shù)男问綇秃现苽渚郾桨?無機復合吸波材料,具有良好的吸波特性;根據(jù)逾滲理論,可將聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、乙丙橡膠、聚酰胺等作為有機基體,利用原位聚合法和機械共混法,即由苯胺單體在母相聚合物、母相聚合物的單體存在下引發(fā)聚合或由聚苯胺與母相聚合物機械共混制備聚苯胺/聚合物復合吸波材料;聚苯胺微管具有新穎的中空結(jié)構(gòu),使其具有獨特的電磁特性,并有望成為一種新型的微波吸收劑,將磁性材料與聚苯胺微管復合,以增強電磁損耗能力。經(jīng)過多年的研究,在聚苯胺導電機理,摻雜機理、合成方法和性能改善等方面已經(jīng)取得了豐富的成果,但是,大部分研究成果還僅僅停留在實驗室階段,聚苯胺不溶不熔,難以加工,高溫下聚苯胺發(fā)生去摻雜,電導率下降等特性是其主要原因。要解決這一問題,并使聚苯胺走向?qū)嶋H應用,仍需要更多的努力和探索。一方面,隨著對聚苯胺性能機理研究的深入,從分子結(jié)構(gòu)水平進行改性,利用聚苯胺衍生物代替苯胺單體合成帶側(cè)基的聚苯胺,提高聚苯胺的溶解性;另一方面,合成聚苯胺復合
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