功能性高分子材料

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1、功能高分子材料高分子07210714141035李旭电致变色材料聚苯胺摘要: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

2、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

3、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。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13C-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,但这种结构和后来出现的大量

4、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: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

5、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,只有在酸性条件下制得的聚苯胺薄膜才能显示可逆多重颜色的电致变色现象。

6、当电位在-0.2~+1.0V.vs.SCE之间扫描时聚苯胺的颜色随电位变化而变化,由亮黄色(-0.2V)变成绿色(+0.5V),再变至暗蓝色(+0.8V),最后变成黑色(+1.0V),呈现完全可逆的电化学活性和电致变色效应。当电位扫描范围缩小到-0.15~0.4V时,其电致变色的重复次数可增至106次。1.2.2导电性聚苯胺像其他共轭聚合物一样具有导电性,导电性是聚苯胺的一个非常重要的特性,本征态的聚苯胺电导率很低,通过质子酸掺杂后,其电导率可提高12个数量级。通过质子酸掺杂和氨水反掺杂可实现聚苯胺在导体和绝缘体之间的可逆变化。聚苯胺的导电

7、性受许多因素的影响,除分子链本身的结构外,较重要的因素还有pH值和温度。聚苯胺的电导率与pH值的依赖关系为:当pH>4时,电导率与pH无关,呈绝缘体性质;当2

8、.vs.SCE时,电导率最高,电位低于0.2V或高于0.6V时,电导率都将显著下降,相差可达6个数量级。这一特性在制造半导体器件上极有价值。聚苯胺还具有显著的光电转换特性,对外加