导电高分子聚苯胺合成和应用研究_樊一眉

时间：2025-07-08 来源：未知

小中大

字号：

科技专论

导电高分子聚苯胺合成和应用研究

樊一眉

西北民族大学化工学院高分子材料与工程 730124

【摘要】导电高分子是指在化学或电化学掺杂中可以由绝缘体向导体或半导体转变的含π电子共轭结构的有机高分子的统称。由于聚苯胺(PAn)原料丰富、合成简单、性质稳定，目前作为作为导电高分子的热点研究领域之一。本文将描述聚苯胺的性质，分析它的主要合成方法，探讨它的主要应用作用。

【关键词】导电高分子；聚苯胺；合成；应用

在生活中，人们常见的人工有机聚合物都是绝缘体、不导电的，因此作为绝缘材料的高分子得到广泛应用。但是作为绝缘材料的传统高分子材料，在使用过程中存在静电积累、电磁波干扰的隐患，如在用传送带输送煤炭、油船容易因静电引起火灾甚至爆炸。随着聚合物的广泛应用和集成电路的发展，静电和电磁波引发的危害越来越严重。因此为了突破高分子材料发展的障碍，研制开发导电高分子材料已成为势不可挡的一件事情。下文将从研究聚苯胺的性质着手，分析聚苯胺的合成方法和应用研究。

一、聚苯胺的性质

1、导电性

聚苯胺类似其他共轭聚合物，具有导电的重要特性。它本身的电导率较低，掺杂质子酸可以提高它的电导率，达到比原来提高十倍以上的效果。分析它的导电原理会发现聚苯胺的掺杂机制完全不同于其他导电高聚物：一般导电高聚物掺杂后主链电子的正负极发生变化，但是用质子酸掺杂后的聚苯胺电子结构发生变化取代电子数的变化。在分子内原先N原子上的正电荷大量跑到大共轭π键中，醌环消失和电子云重新进行配对。聚苯胺的电导率受PH值的影响，具体关系如下：当pH<2时，电导率不受pH值影响，呈金属状态；当2<pH<4时，两者呈负相关，电导率随溶液pH值的降低而迅速增加，呈半导体状态；当pH>4时，电导率不受pH值影响，呈绝缘状态。温度升高时，

3

用化学方法来改变电电导率从1OS/cm的室温增至235℃的10S/cm。

位，从而改变聚苯胺的氧化反应来改变电导率。在氧化状态中，电导率和电位呈n型变化，当达到O．4Vvs．SCE的电位时，电导率最高；当介于O．2V—0．6V的电位时，电导率显著下降，相差可计三个级别。

2、光电转换性质和催化性质聚苯胺在光辐射中可产生电流，所以它具有光电转换性质。激光使聚苯胺表现非线性光学特征，如光诱导吸收、光诱导漂白。聚苯胺针对可见光、近红外、中红外、远红外区的光学吸收都有独特的响应，其中中红外和远红外是由于分子或晶格的震动与转动。另外，孔雀绿和分散橙吸收掺杂聚苯胺可以强烈增感、大幅度提高吸光作用，所以染料增感可以有效提高共轭聚合物的光导性。总之，聚苯胺能体积响应外加电压，对某些反应有选择性催化作用。

二、聚苯胺的合成方法

聚苯胺的合成研究开始于20世纪时期，专家采用多种氧化剂在不同的反应条件下探究对聚苯胺的氧化，在实验中成功制造了一系列氧化程度不同的聚苯胺产物，目前合成聚苯胺主要有化学合成和电化学合成两大类。

（一）化学合成法

化学合成聚苯胺是指借助酸性介质通过氧化剂氧化和聚合链接苯胺单体。常用的酸性介质是盐酸（HCL），每次用22500克苯胺通过

化学法合成聚苯胺主要受参与反应的氧化剂(NH4)2S2O8合成聚苯胺。

酸性溶液和氧化剂的种类及浓度，单体苯胺的浓度和反应温度、时间等要素影响。

1、酸的种类及其浓度如何影响聚苯胺性能的合成。不同的酸介质决定了苯胺合成不同性质的聚苯胺，如想制造出

HCl，HCIO4酸性体系中进行，制造高电导率的聚苯胺必须在H2SO4、

绝缘体状态的聚苯胺则在HNO3、CH3COOH体系中进行。HCl是深受

HCIO4不能挥发、制造过人们喜爱的一种介质酸，因为质子酸H2SO4、

程中留下的剩余液覆盖在聚苯胺表面、影响质量。只有在适度酸性条件下，苯胺才会按1,4—偶联方式发生，最佳浓度范围为1.02.0mol.l--1。如果酸度过低，苯胺单体按头—尾和头—头两方式相连成为偶淡副产物、而不是聚苯胺；如果酸度太高，发生在芳环的取代反应会降低电导率。

2、氧化剂种类及其浓度如何影响聚苯胺性能的合成。