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導電高分子聚苯胺及其複合研究進展

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論文關鍵詞:聚苯胺;化合物

導電高分子聚苯胺及其複合研究進展

論文摘要:導電聚合物的突出優點是既具有金屬和無機半導體的電學和光學特性,又具有有機聚合物柔韌的機械性能和可加工性,還具有電化學氧化還原活性。MacDiamid,Heeger和白川英樹因在導電聚合物的發現和發展中作出的突出貢獻共同獲得2000年度諾貝爾化學獎。聚苯胺因具有製備簡單(可透過化學氧化聚合批量生產)、成本低廉、穩定性好、可製備成導電聚苯胺溶液等突出優點,成爲最有應用前景的導電聚合物之一。 
   
  1 聚苯胺衍生物 
   
  聚苯胺(PAn) 具有優良的電化學活性和環境穩定性,但加工性能、溶解性能、物理力學能差等問題極大的限制了PAn的應用與發展,對PAn的結構進行改性和修飾可有效改善以上缺陷,因而成爲當前PAn研究的主要方向。 
  在苯胺環鄰位上引入介晶基元是獲得液晶聚苯胺衍生物的一種重要方法。該類液晶聚苯胺衍生物的製備是先合成帶有介晶基團鄰位環取代苯胺單體,然後透過介面聚合得到液晶性的聚鄰位環取代苯胺。 將液晶化合物1-溴-10-(對-4-正戊基-環己基-苯酚基)-癸烷引入到苯胺環鄰位上,可使其與鄰羥基-N-乙酰基苯胺透過醚化反應,得到介晶基團鄰位環取代苯胺。聚合反應是在水和有機溶劑層的介面之間進行的,水中含有過硫酸銨和高氯酸,有機溶劑爲氯仿。典型的聚合反應示例如下:0℃下,將鄰位環取代苯胺、高氯酸和氯仿等放在燒瓶中攪拌混勻,將過硫酸銨溶液逐滴加到該混合液中,反應24h後即得氧化態聚苯胺衍生物。用氨水溶液還原後可獲得中性的聚苯胺衍生物,所得聚合物都具有很好的溶解性,能溶於氯仿、四氫呋喃、NMP等有機溶劑中。 
  如果在亞甲基橋上引入液晶基元,也將合成出液晶性的聚苯胺衍生物。其合成方法通常是基於Rothemund 反應,將二苯胺和末端基爲苯甲醛的液晶化合物在硫酸存在下進行脫水縮聚反應。 
   
  2 聚苯胺共聚物 
   
  應用聚苯胺的優良導電性能,透過多種方式與其他結構,功能材料共聚,能夠的到多種多樣的新型高分子材料,並用於航空航天,汽車,微電子,通信,紡織等諸多領域,逐漸成爲近年來研究的熱點。 
  2.1 煤基聚苯胺導電覆合材料 
  西安科技大學首先利用煤的特殊芳環結構特徵(電性質)、孔結構特徵(溶脹性)及酸性側基官能團結構特徵,以煤爲基體並作爲一種大分子質子酸摻雜劑,引發苯胺的原位聚合製得煤基聚苯胺導電覆合材料。這種複合材料有望成爲一種新型廉價的導電填料,用來填充各種聚合物製備導電覆合材料,從而解決聚苯胺在實際應用中出現的加工性不好的問題。 
  2.2 PAn-PEG6000-PAn三嵌段共聚物 
  PEG爲柔性聚合物,其引入有利於聚苯胺摻雜。毛聯波等將三嵌段共聚物分別溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP),N,N-二甲基酰胺(DMF)、CHCl2(DCM)和乙醇中,配成濃度約1.5mg/Ml的稀溶液,室溫下磁力攪拌4h,掃描電鏡下觀察了其自組裝行爲,看出,在不同溶劑類型中,三嵌段共聚物可以組裝成不同的形貌, 主要取決於溶劑與兩種鏈段的相容性差異。 
  2.3 碳納米管/聚苯胺複合材料 
  北京化工大學的曾憲偉等透過原位聚合方式製得了碳納米管/聚苯胺複合材料。將適量的碳納米管放人盛自去離子水的三口燒瓶中,高速攪拌一段時間。取適量苯胺溶解在50mL去離了水中。 用HCl調節pH爲1~2,然後加入三口燒瓶中充分攪拌均勻。取適量(NH4)2S2O8,用去離了水配成5OmL溶液,控制聚苯胺和(NH4)2S2O8的摩爾比約爲l:l,在冰水浴條件下向苯胺和碳納米管的混合溶液中緩慢摘加(NH4)2S2O8的水溶液,使之在0O C條件下反應30min反應結束後,產物進行過濾洗滌,在真空條件下乾燥,製得碳納米管/聚苯胺複合材料。看出,在碳納米管/聚苯胺複合材料中,聚苯胺將碳納米管完全包住,在碳納水管表面形成一聚苯胺層。

2.4 PVA/PANI導電覆合纖維