关键词：导电聚苯胺，性能，合成方法，机理，表征特性，应用
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材研 1404
吴嘉鑫
2014200399
THE RESEARCH PROGRESS OF CONDUCTIVE POLYMER POLYANILINE
Abstract
This paper combined with the current research progress of conductive polymer materials of Polyaniline . Structure , electrical and electrochemical properties of PANI were summarized . Discussing the IF and the optimum conditions of the method of chemical oxidative polymerization and electrochemical polymerization of Polanilin . Then , conductive mechanism ,doping mechanism and characterization of Polanilin was analyzed .A detailed description of conducting Polyaniline as efficient absorbent , electromagnetic shielding materials , antistatic coatings , chemical sensors , secondary batteries , electrochromic device ,a gas separation membrane ,anti-corrosion materials, indicating the development prospect of Polyaniline .
2 聚苯胺的结构与特性
2.1 聚苯胺的结构
聚苯胺是典型的导电聚合物，常温下一般呈不规则的粉末状态，具有较低的 结晶度和分子取向度。与其它导电高聚物一样，它也是共轭高分子，在高分子主 链上形成一个电子离域很大的 p-π共轭。1987 年，MacDiarmid[3]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：
N
N
x
N+H
N+H
A-
A-
1-x
NH
NH
y
1-y
n
A- 是对阴离子，x 代表 PAn 掺杂程度，y 表示 PAn 的氧化程度。经质子酸掺杂 的 PAn 又与碱反应，可变成绝缘体。这种掺杂、反掺杂反应在水相、有机相 都可以进行，并且可逆。
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2.2 聚苯胺的特性
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2.1 聚苯胺的结构 ................................. - 1 2.2 聚苯胺的特性 ................................. - 3 -
2.2.1 导电性 .................................. - 3 2.2.2 电化学性质及电致变色性[25] ................ - 3 3 聚苯胺的合成方法 ................................... - 4 3.1 聚苯胺的聚合原理 .............................. - 4 3.2 化学氧化聚合法 ............................... - 4 3.3 电化学聚合法 ................................. - 5 4、聚苯胺的导电机理 .................................. - 5 4.1 定态间电子跃迁－质子交换助于电子导电模型[26] ... - 5 4.2 颗粒金属岛理论[27,28] ............................ - 6 4.3 极子和双极化子相互转化模型 ................... - 6 5 聚苯胺的掺杂机理 ................................... - 8 6 聚苯胺的表征特性 ................................... - 8 6.1 红外光谱 ..................................... - 8 6.2 核磁共振（NMR） ............................... - 9 6.4 粒径分析 ..................................... - 9 6.5 聚合物形貌表征 ................................ - 9 -
图 1-1 导电聚合物的能级结构
（□为价带层；■为导带层）
2.2.2 电化学性质及电致变色性[25]
聚苯胺的电化学性质与其制备条件、电解液 pH 值密切相关. 导电聚苯胺在 碱性和中性水溶液中会发生脱质子化而脱掺杂, 从而失去电化学活性, 因此, 导电聚苯胺的电化学性质一般是在酸性水溶液中进行研究。在酸性条件下，聚苯 胺的循环伏安曲线上可出现 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。
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存档日期：
存档编号:
北京化工大学
研究生课程论文
课程名称：＿＿＿＿＿电子材料＿＿＿＿＿＿ 课程代号：＿＿＿＿＿MSE513＿＿＿＿＿＿＿ 任课教师：＿＿＿＿＿＿汪晓东＿＿＿＿＿＿ 完成日期：＿2014＿＿年＿11＿＿月＿＿5＿日 专 业：＿＿＿材料科学与工程＿＿＿＿＿ 学 号：＿＿＿＿2014200399＿＿＿＿＿＿ 姓 名：＿＿＿＿＿吴嘉鑫＿＿＿＿＿＿＿
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6.6 聚合物电性能测试 ............................. - 9 6.7 热重分析（TG） .............................. - 10 7 聚苯胺的性能及应用 ................................ - 10 7.1 高效吸附剂 .................................. - 10 7.2 电磁屏蔽材料及防静电涂料 ..................... - 10 7.3 化学传感器 ................................... - 11 7.4 二次电池 ..................................... - 11 7.5 电致变色元件 ................................ - 11 7.6 气体分离膜[36] ................................. - 12 7.7 防腐材料 ..................................... - 12 8 展望 .............................................. - 12 参考文献 ............................................ - 13 致谢 ................................................ - 16 -
2.2.1 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。聚苯胺的导电机理如图 1-1[24]所示，在理想状态下，电子在整个主链或 共轭链段上离域，单体的分子轨道相互作用，最高占有轨道形成价带，最低空轨 道形成导带，在不考虑热运动及光跃迁时，价带层完全充满，导带层全空，价带 层与导带层之间存在能隙 Eg，因此它们的导电性通常很低。掺杂过程相当于把 价带中一些能量较高的电子氧化掉，从而产生空穴(阳离子自由基)。 与经典能 带理论不同的是，阳离子自由基并不完全离域，只是在邻近的聚合物片段上实现 其离域化，其能量介于价带层与导带层之间。由于阳离子自由基以极化周围介质 的方式来稳定自己，因此也称为极化子，如果对共轭链进行重掺杂，则可能在极 化子的基础上形成双极化子(离子自由基) 或双极子带(双离子)，极化子和双极 化子可通过双键迁移沿共轭链传递，从而使聚合物导电。
IV
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文献综述
1 引言
导电高分子材料也称导电聚合物，其分子是由许多小的、重复出现的结构单 元组成，即具有明显聚合物特征；若在材料两端加上一定电压，在材料中有电流 通过，即具有导电的性质。同时具备上述两条性质的材料，称为导电聚合物。
由于导电聚合物具有良好的电学、光学以及氧化还原特性在近 20 年里一直 备受关注，在能源、电磁屏蔽和电致变色等领域有着广阔的前景。自从 1984 年 MacDiarmid 在酸性条件下由苯胺单体获得具有导电性聚合物，聚苯胺已成为现 在研究进展最快的导电聚合物之一。原因在于聚苯胺具有以下诱人的独特优势： a)原料易得，合成简单；b)具有优良的电磁微波吸收性能、电化学性能、化学稳 定性及光学性能；c)独特的掺杂现象；d)高的电导率；e)拥有良好的环境稳定性 。 [1,2]
Key words: conducting polyaniline, performance, synthetic methods, mechanisms, characterization features, applications