導電高分子聚苯胺合成和應用研究

1、導電高分子聚苯胺合成和應用研究摘要：導電高分子是指經化學或電化學摻雜后可以由絕緣體向導體或半導體轉變的含電子共軛構造的有機高分子的統(tǒng)稱。其是目前研究導電高分子材料領域的熱點之一，其中因聚苯胺具有原料易得、合成工藝簡單、化學及環(huán)境穩(wěn)定性好等特點而得到了更加廣泛的研究和開發(fā)，并在許多領域顯示出了廣闊的應用前景，本文闡述了導電高分子聚苯胺的合成方法及其應用。關鍵詞：導電高分子聚苯胺合成應用一、聚苯胺的合成聚苯胺在1862年就已經被hlhetbey發(fā)現(xiàn)，其合成研究始于20世紀初期。人們曾采用各種氧化劑和反響條件對苯胺進展氧化，并得到了一系列不同氧化程度的聚苯胺產物。而聚苯胺被從新開發(fā)出來是在1984年

2、美國賓夕法尼亞大學的化學家adiarid等人。目前，經過國內外的大量文獻報道，合成聚苯胺的方法主要是化學合成和電化學合成兩大類，(一)化學合成法。聚苯胺的化學合成是在酸性介質中用氧化劑使苯胺單體氧化聚合。化學法可以制備大批量的聚苯胺樣品，也是最常用的一種制備聚苯胺的方法。用hi作介質，用(nh4)2s208作氧化劑，一次性可用22500g苯胺合成聚苯胺?；瘜W法合成聚苯胺主要受反響介質酸的種類、濃度。氧化劑的種類及濃度，單體濃度和反響溫度、反響時間等因素的影響。1酸的種類及其濃度對合成聚苯胺性能的影響。苯胺在hi,hbr,h2s4,hi4,hn3,h3h,hbf4及對甲苯磺酸等介質中聚合都能得到

3、聚苯胺，而在h2s4,hi,hi4體系中可得到高電導率的聚苯胺，在hn3,h3h體系中所得到的聚苯胺為絕緣體。非揮發(fā)性的質子酸h2s4,hi4最終會殘留在聚苯胺的外表，影響產品質量，最常用的介質酸是hi。質子酸在苯胺聚合過程中的主要作用是提供質子，并保證聚合體系有足夠酸度的作用，使反響按1，4-偶聯(lián)方式發(fā)生。只有在適當?shù)乃岫葪l件下，苯胺的聚合才按1，4-偶聯(lián)方式發(fā)生。酸度過低，聚合按頭一尾和頭一頭兩種方式相連，得到大量偶氮副產物。當酸度過高時，又會發(fā)生芳環(huán)上的取代反響最正確2氧化劑種類及其濃度對合成聚苯胺性能的影響苯胺聚合常用的氧化劑有：(nh4)2s28,k2r27,ki3,h22,fel3

4、等。也有用(nh4)2s28和碳酸酯類過氧化物組成復合氧化劑制備聚苯胺。以fe2+為催化劑和h22為氧化劑可合成高溶解性的聚苯胺。(nh4)2s28不含金屬離子，后處理簡便，氧化才能強，是最常用的氧化劑。在一定范圍內，隨著氧化劑用量的增加，聚合物的產率和電導率也增加。當氧化劑用量過多時，體系活性中心相對較多，不利于生成高分子量的聚苯胺，且聚苯胺的過氧化程度增加，聚合物的電導率下降。當用(nh4)2s28合成聚苯胺時，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1.0時，聚合物的電導率最高，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1.5時，產率最大。3反響溫度及單體濃度對合成聚苯胺性能的影響反響溫度對聚苯胺的電導率影響不大，在低溫

5、下(0左右)聚合有利于進步聚苯胺的分子量并獲得分子量分布較窄的聚合物。在過硫酸銨體系中，在一定溫度范圍內。隨著反響體系溫度升高，聚合物的產率增加，當溫度為30時，產率最大。苯胺聚合是放熱反響，且聚合過程有一個自加速過程。假如單體濃度過高會發(fā)生暴聚，一般單體濃度取0.250.5ll-l為宜。(二)電化學聚合法聚苯胺的電化學聚合法主要有：恒電位法、恒電流法、動電位掃描法以及脈沖極化法。一般都是苯胺在酸性溶液中，在陽極上進展聚合。電極材料、電極電位、電解質溶液的ph值及其種類對苯胺的聚合都有一定的影響。操作過程如下：氨與氫氟酸反響制得電解質溶液，以鉑絲為對電極，鉑微盤電極為工作電極，uuf，為參比電

6、極，在含電解質和苯胺的電解池中。以動電位掃描法(e=0.6-2.0v)進展電化學聚合，反響一段時間后，聚苯胺便結實地吸附在電極上，形成堅硬的聚苯胺薄膜。二、聚苯胺的應用(一)聚苯胺在金屬防腐領域的應用1985年，deberry發(fā)現(xiàn)，在酸性介質中用電化學法合成的聚苯胺膜能使不銹鋼外表活性鈍化而防腐，這一特點引起了人們的關注，從此人們在腐蝕防護領域開場了導電高分子膜的應用研究，蘇慈生教授已對聚苯胺的化學構造，防腐蝕機理及應用前景作了很好的介紹。當前最有效的金屬防腐蝕顏料仍然是六價鉻化物及含鉛的化合物，六價鉻化合物是致癌物質，鉛也是嚴重污染環(huán)境的重金屬，聚苯胺涂料被看好是新一代環(huán)境可承受的高效防腐涂

7、料。因為聚苯胺無毒，且在金屬的防護中不但具有機械隔離作用，而且具有一定的催化鈍化作用。當金屬外表的聚苯胺有缺損時，它對該部位起一種催化鈍化作用，使缺損聚苯胺涂層的金屬裸露部分在酸性條件下，發(fā)生陽極氧化反響，快速恢復外表鈍化層。作為防腐涂料，無論從試驗室結果還是實際檢測結果來看，聚苯胺都是較為理想的，尤其是其特有的抗腐蝕、抗劃傷才能更是單純環(huán)氧涂層不可比較的。其主要應用領域包括：船舶、港口碼頭設備、遠洋集裝箱、軍艦、兩棲裝甲、化工設備、高壓鐵塔、送變電設備、鐵路橋梁等耐久性防腐材料。(二)聚苯胺在電磁屏蔽材料方面的應用隨著電器制品和電子器件的商業(yè)應用、軍事應用和科學應用的迅速增長，電磁干擾也稱作

8、電磁環(huán)境污染問題日漸嚴重，電磁干擾屏蔽日益受到關注。導電聚苯胺具有重量輕、韌性好、易加工和電導率易于調節(jié)的優(yōu)勢，所以是一種優(yōu)良的電磁屏蔽材料。文獻報道，在頻率范圍10hz1ghz之間，用高導電率的聚苯胺作屏蔽材料，可得到20db以上的屏蔽效力。高導電聚苯胺薄膜的厚度超過20u時，其屏蔽效力大于40db，可以滿足民用標準。但用導電聚苯胺作電磁屏蔽材料時，目前存在的關鍵問題是聚苯胺的電導率還不夠高。因此，進步聚苯胺的電導率是今后的主要研究目的。(三)聚苯胺在其它方面的應用在普通纖維中混用極少量的導電聚苯胺纖維，就能賦予纖維制品充分的抗靜電性能，而且抗靜電性能不會受到環(huán)境濕度的影響。聚苯胺的電致變色

9、特性可作為很好的電致變色器，在軍事假裝和智能窗等方面有著誘人的前景。麥科技大學用聚苯胺做人造肌肉，雖然目前的使用壽命僅為100次，但有望在將來用于機器人的人造肌肉。由于聚苯胺的光電特性，還可用作光學器件及非線性光學器件。聚苯胺可制作發(fā)光二極管，1992年，美國的unix公司報道了柔韌可彎曲的聚合物發(fā)光二極管。該二極管的第一層是聚對苯二甲酸乙酯，第二層為聚苯胺薄膜(正電極)，再上面的第三層為發(fā)光薄膜和鈣膜(負電極)。所制得的二極管在2-3v電壓下可發(fā)出桔黃色光，使用不同的發(fā)光層還可獲得不同顏色的光。三、結語聚苯胺的合成方法的多樣性，性能的優(yōu)異性多樣性。決定了應用前景的廣闊性。在眾多研究者的不懈努

10、力下對聚苯胺的構造、特性、合成、摻雜、改性、用處等方面的研究已經獲得了長足的進展。如今人們正加大對聚苯胺的研究力度，我們相信憑著聚苯胺的優(yōu)越性能一定能得到更廣闊的用處。四結合實際進展討論式教學機械工程材料與熱加工部分和消費實際結合很緊，因此，只有將它與消費實際有機地結合起來，才能增強學生的學習興趣，收到良好的教學效果。鋼的性能、牌號、用處及熱處理是金屬材料部分要求學生掌握的內容。在講合金鋼時，學生已有了fefe3相圖知識及熱處理知識，所以我不是按部就班地照書講解，而是通過討論來學習這部分內容。我注意了以下三個方面：討論題的選定要求難易適中，能應用已學知識，理論聯(lián)絡理論。例如，講合金構造鋼，首先

11、給出一個問題：一汽車變速齒輪，該零件的工作條件是工作時承受循環(huán)、沖擊載荷，受到強烈摩擦、震動。試確定：1性能要求；2內部組織；3化學成分牌號；4最終熱處理。要求學生帶著問題事先預習。討論中當好“導演老師在討論中扮演一個組織者和引導者，鼓勵學生充分發(fā)言并沿設計思路啟發(fā)學生尋找正確答案。由于學惹事先預習了，發(fā)言踴躍，課堂氣氛非常活潑?？偨Y老師將學生的觀點歸納寫在黑板上：1性能要求：外表硬度高，耐磨性好，心部有足夠的強度和韌性；2內部組織：表層回高+碳化物，心部回低；3化學成分：牌號20r；4最終熱處理：滲碳+淬火+低溫回火。最后得到一個零件選材的方法。學生通過討論，加深了對金屬材料的成分、組織、性

12、能三者之間的關系及熱處理的理解。五分層要求，增強學生的自我效能感自我效能感是指個體相信自己有才能完成某種或某類任務，是個體的才能、自信心在某些活動中的詳細表達。假如學生在學習中不斷地獲得成功的體驗，其情緒必定是積極的、愉悅的，有滿足感，使之樂意在學習方面不斷去探究。由于學生在智力構造和開展程度上有差異，他們在學習上所能到達的程度也是不同的。所以備課時要結合班級中不同層次的學生制定基層目的、中等目的、高層目的。比方講解“鑄造一章時，基層目的是讓學生掌握根本鑄造消費過程和簡單的造型；中等目的是在基層目的的根底上增加學生能對消費中出現(xiàn)的鑄造缺陷縮孔、夾雜等分析的要求；高層目的是在前兩者的根底上要求學

13、生能合理確定鑄造工藝，采用什么措施來減少鑄造缺陷如澆注溫度。這樣，有利于給學生創(chuàng)造成功的時機。學生在學習中獲得成功體驗，那么就會對自己的努力給予肯定的態(tài)度，自我效能感就會進步，在“目的成功新目的的良性循環(huán)中不斷增強學習動力。六有效利用實驗和參觀進展教學實驗是本部分教學的一個重要環(huán)節(jié)。搞好實驗，可以使學生掌握正確選擇和使用儀器設備的方法，掌握操作規(guī)程和操作技能，更重要的是使學生學會用自己的頭腦和雙手進展驗證、理解和探究理論知識，進步分析問題和解決問題的才能。比方我校學生在上這門課之前都有鉗工實習和參觀實習。很多學生會問：“這些零件都是用什么材料做的？這樣，老師很自然引出材料牌號的知識，告訴學生每

14、種零件所采用的材料都是不一樣的，看上去外觀相似的零件，其實材料的內在有很大的區(qū)別，比方有碳鋼與合金鋼。鋼材也像人的名字一樣，每種鋼材都有自己的名字。這樣，很容易讓學生承受鋼材牌號的知識。老師在課堂上講授鐵碳合金組織性能，對于學生來講這一內容比較抽象，理解起來比較困難。通過做“鐵碳合金平衡組織分析實驗，學生既掌握了更全面的知識，又鍛煉了自學與分析才能。我的做法是：實驗課前每個學生必須認真閱讀實驗指導書和實驗報告，提出問題。課上在講實驗內容時，突出重點，講透難點，分析鐵碳合金室溫平衡組織隨組織成分含碳量變化的規(guī)律。此外，讓每一位學生都親自動手做實驗，觀察金相組織。通過觀察組織，啟發(fā)學生自己總結材料機械性能，并畫出金相示意圖。通過這個實驗，為學生學習后續(xù)章節(jié)打下了很好的理論基矗七采用“一頁開卷的考試方式為了便于考核學生分析、歸納、綜合解決力學問題的才能，同時也考察學生查閱、搜集和利用有關資料的技能，我嘗試在單元測驗時采用“一頁開卷的方式，考試前