聚苯胺/顺丁橡胶复合导电膜的制备与性能(Ⅱ)

采用再掺杂方法制得了樟脑磺酸掺杂的聚苯胺(PAn-CSA),用溶液共混法制备PAn／BR导电复合膜．研究了聚苯胺与顺丁橡胶(BR)复合膜在间甲酚二次掺杂前后电导率的变化。实验表明:CSA对聚苯胺有较好的掺杂作用;二次掺杂使PAn复合膜电导率明显提高,其导电渗滤阈值略有降低,使卷曲的二次掺杂PAn链展开并通过分子链间的相互作用而自行组成导电通路．     

高性能聚苯胺自支撑膜

本文通过对可溶性聚苯胺(PAn)的特殊处理及成膜工艺的改造,采用溶液浇铸法,首次成功地制备出力学和电学性能均较好的大面积聚苯胺自支撑膜(HSPAn膜).研究结果表明,HSPAn膜的抗张强度、杨氏模量和伸长率分别为87.9MPa,1563.9MPa和10.2％;该膜具有金属光泽、较高的致密性和较好的韧性。分子尺寸较小的质子酸(如HCl,HClO_4,等)可有效掺杂HSPAn膜,使其电导率可达到导电型PAn粉末的数量级。有效掺杂的HSPAn膜均可轻度拉伸(断裂伸长率大于40.0％),拉伸膜的电导率可高达36.7s/cm。本征和掺杂的HSPAn膜均具有良好的环境稳定性,空气中放置数月后,其强度和电导率基本不变。     

绝缘聚合物对聚苯胺复合物导电性能的影响

将十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(PAn DBSA)与乙烯丙烯酸共聚物(EAA)或聚烯烃弹性体(POE)进行溶液共混制得了PAn DBSA/EAA或PAn DBSA/POE导电复合物。研究了绝缘聚合物的化学结构对聚苯胺导电复合物形态结构及电性能影响。结果表明,极性聚合物EAA中的羧基能与PAn形成氢键并发生掺杂作用,复合物中卷曲的PAn主链能充分展开,导致PAn/EAA复合物具有非常低的逾渗域值(1.5%),PAn含量为20.0%时,电导率高达7.1S/cm。POE为非极性共聚物,与极性较强的PAn相容性较差,导致PAn/POE复合物具有较高逾渗域值(5.0%),PAn含量为20.0%时,电导率仅为3.0×10-5S/cm。     

乳液法制备掺杂聚苯胺的微观结构研究

在众多的导电聚合物中,聚苯胺(PAn)被认为是最具应用前景的导电聚合物^[1].本征态PAn的电导率约10^-13S/cm数量级,呈电绝缘性.当用质子酸对PAn掺杂后,电导率达到5～10S/cm,可实现从绝缘体到导体的转变.     

高红外发射率和高导电率聚苯胺薄膜的制备

通过研究无机盐和麦芽糊精(maltodextrin)等助剂对电化学聚合的导电聚苯胺膜的红外发射率和电导率的影响,制备了同时具有高发射率和高电导率的聚苯胺膜.研究表明,采用合适的助剂可以调节聚苯胺膜的粗糙度,进而调节聚苯胺膜的发射率.以体积较小的无机盐(NaCl或LiCl)为助剂时,可在一定程度上增加膜的粗糙度,红外发射率则可增加0.16~0.26,而采用体积较大的有机分子如麦芽糊精为助剂时可大幅增加聚苯胺膜的粗糙度,红外发射率增加了0.53,达到0.84.探讨了采用麦芽糊精(maltodextrin)助剂合成的聚苯胺具有高发射率的原因,指出麦芽糊精中含有不同分子量和体积大分子,使聚苯胺的微孔具有分形结构,有利于吸收不同波长的红外辐射,进而提高了膜的发射率.同时研究了助剂对聚苯胺膜电导率的影响,指出采用麦芽糊精作为助剂时,聚苯胺膜同时具有高发射率(ε=0.84)和高电导率(σ=109 S/cm).     

SIS-PAn导电橡胶复合物的制备和性能

用原位聚合方法在SIS（苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物）橡胶基体中合成聚苯胺（PAn），可形成均匀复合的SIS－PAn导电橡胶膜．成膜后紧朝玻璃的膜面导电，而朝向空气的膜面却绝缘．膜中PAn的含量只有5．8％（质量分数）或An／SIS的投料比为0.2时，导电复合物膜的表面电阻和导电率即可分别达到300Ω／□和0.07S·cm~(－1)分析了制备条件，包括PAn含量、酸量、氧化剂用量、表面活性剂用量、交联剂用量和模具材料等因素对SIS－PAn复合物导电性能的影响．     

间甲酚溶液中掺杂聚苯胺的氧化-还原行为研究

在有、无外加恒定磁场(0.4T)条件下,采用乳液聚合法合成了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺(PAn),通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、在有/无外电场作用下产物/m-cresol溶液的电导率、pH及其颜色随温度变化的分析表征,系统研究了温度对PAn/m-cresol溶液中PAn氧化-还原(掺杂-脱掺杂)行为的影响.溶液电导率和pH的测试结果显示,溶液电导率与溶液中游离掺杂酸的浓度成正比,PAn的掺杂度随温度的升高而降低,随温度的降低而增大,且在相同温度下,有、无外电场作用时PAn/m-cresol溶液的电导率存在突跃.与无磁场条件下合成的PAn所制备的m-cresol溶液相比,磁场条件下合成的PAn所制备的m-cresol溶液电导率的突跃更加显著.经脱掺杂处理后的PAn/m-cresol溶液的电导率均较低,对温度变化的响应极其微弱,且在有、无外电场作用时不发生突跃.分析认为,这是由于外电场作用下m-cresol溶液中掺杂态的PAn分子发生了取向重排,而脱掺杂的PAn则无此变化.PAn在外电场作用下的取向重排及氧化-还原性均与其掺杂程度相关,掺杂程度越高,氧化-还原及取向重排越显著.     

聚苯胺的图形化沉积

自1976年发现第一个有机聚合物聚乙炔掺杂后具有类似金属的导电性以来，先后发现了聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺(PAn)等导电聚合物，其中聚苯胺以其合成方法简单、稳定性好、较高的电导率及良好的电化学性能等被预言为是最有应用前景的导电高分子材料之一。近年来，随着导电聚合物研究的广泛开展和不断深入，     

原位紫外-可见光谱和电化学方法研究苯胺聚合过程中的降解

用电化学及光谱电化学研究了硫酸溶液中苯胺在玻碳电极上的聚合降解过程 ,在 - 0 2～ 1 0V电位范围 ,循环伏安图显示了四对氧化还原峰 .通过比较聚苯胺 (PAn)膜在硫酸空白溶液和含对氨基苯酚 (PAP)的硫酸溶液中的循环伏安曲线及电化学聚合时溶液的紫外 可见吸收光谱 ,证明了PAn膜的降解产物PAP的存在 ,同时原位现场紫外 可见吸收光谱法初步研究了苯胺聚合降解的动力学过程 .     

聚苯胺对2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑氧化还原反应的电化学催化作用的循环伏安研究

研究了聚苯胺(PAn)膜电极在2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMcT)溶液中电化学处理或浸泡后的循环伏安(CV)曲线的变化规律.实验结果表明,PAn膜电极在DMcT溶液中进行电化学处理或浸泡过程可使DMcT进入PAn膜内部与PAn形成复合物.PAn对DMcT的电化学催化作用可能和二者之间形成的电子给体-受体复合物有关.该复合物的电化学氧化还原特性不同于PAn和DMcT,其氧化还原反应速率和可逆性均优于DMcT.     

碳纸负载电极在乳液法合成聚苯胺电化学性能分析中的应用

首次采用碳纸负载聚苯胺(PAn)为工作电极,探讨了反应时间对乳液法合成PAn电化学性能(循环伏安、交流阻抗及塔菲尔曲线)的影响,并通过对产物电导率、产率及特性粘度的对比分析,印证了产物电化学性能的表征结果.实验结果表明,循环伏安曲线均能有效表征出PAn的三对氧化还原特征峰,交流阻抗曲线均出现一个几乎完整的半圆;且产物的循环伏安、交流阻抗、塔菲尔、产率及电导率随反应时间的变化趋势一致,在反应5h时,PAn的各项性能指标较好.结果显示,利用碳纸作为负载电极,可以对乳液法合成PAn的电化学性能实施有效的实时表征.     

磁场及反应条件对十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺聚合成膜速率的影响

在恒定磁场(0.6 T)条件下, 采用过硫酸铵(APS)为引发剂, 在乳液体系中合成了十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的聚苯胺(PAn). 借助石英晶体微天平(QCM)实时监测苯胺(An)在金电极表面聚合成膜过程, 探讨了磁场、APS浓度、DBSA浓度及反应温度对DBSA掺杂聚苯胺聚合成膜速率的影响. 实验结果表明, PAn在金电极表面的成膜速率随磁场强度的增加而增大; 由反应物浓度与PAn成膜速率的关系, 得出相应的动力学反应级数; 由PAn膜的增长速率与温度的关系, 得到成膜过程的活化能为41.08 kJ/mol. 考察了PAn聚合过程的UV-Vis光谱, 并与QCM所得的结果进行了比较. 结果显示, 在相同时间内, 磁场环境下合成的PAn的吸收强度大于无磁环境下合成的PAn.     

掺杂率对乳液聚合制备聚苯胺结构性能的影响

对乳液聚合的十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂聚苯胺(PAn)进行不同pH值溶液浸泡处理。采用元素分析、红外光谱分析、X射线衍射及热失重分析等手段，研究了不同掺杂率对PAn结构性能以及PAn在普通有机溶剂中的溶解性能和导电性能的影响。结果表明：随DBSA掺杂率的增加，PAn的电导率及其在三氯甲烷中的溶解度增加，带有烷基长链的DBSA使PAn形成以DBSA为间隔的有序层状结构；而且合成的PAn-DBSA热稳定性良好。     

聚苯胺膜电极在苯胺单体聚合反应中的电催化性能

自从第一个导电高聚物掺碘的聚乙炔问世以来［1］,人们又陆续开发研制了聚 苯胺(PAn)、聚吡咯和聚噻吩等导电高分子材料. 在众多的导电高分子材料中,聚苯胺以其原 料廉价易得,制备方法简便,导电性能优良,耐高温及抗氧化性能良好等优点而成为最具应用 前景的品种之一. 迄今为止,有关聚苯胺的链结构,掺杂反应,以及导电机理等基础理论方面 的研究已有大量的文献和综述报道［2～6］. 这些基础理论的研究为其应用研究奠定 了坚实的基础. 早在60年代,人们就发现,聚苯胺对氧化亚氮分解及丁二烯异构化反应具有独 特的催化作用;同时,聚苯胺具有超出几何表面的活性表面,故可对某些反应具有选择性的催 化作用. 因此,人们开始研究聚苯胺膜电极对某些电极反应的电催化性能［7～12］. 我国科学工作者在这一领域也做了许多有益的工作,如董绍俊等［13］研究了聚苯胺 膜修饰电极对抗坏血酸的电催化氧化,罗维忠等［14］研究了聚苯胺膜电极对Fe(Ⅱ) 和Sb(Ⅲ)的电催化作用. 本文主要讨论了扫描速度、苯胺单体浓度及温度对聚苯胺膜电极在 苯胺单体聚合过程中电催化性能的影响,为利用聚苯胺处理含苯胺废水提供了一定的理论依 据.     

恒定磁场(0.4 T)对聚苯胺微观取向结构的影响

在恒定磁场(0.4 T)条件下, 采用乳液聚合法合成了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺(PAn), 并通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、电导率、产物复合膜电阻率的各向异性, 以及产物间甲酚(m-cresol)溶液的电导率在外电场作用下变化的分析与表征, 系统研究了磁场对PAn的微观取向结构及其性能的影响. 实验结果表明, 与无磁场条件下制备的聚苯胺(PAn_-O)相比, 磁场条件下制备的聚苯胺(PAn_-M)具有更高的结晶度和明显的微观取向结构, 其微粒有序排列和堆砌成了许多具有一定长/径比的条状聚集体; PAn_-M/PVA(聚乙烯醇)复合膜经磁化成膜, 可以表现出明显的导电性能的各向异性; PAn_-M/m-cresol溶液的电导率, 在有、无外场(电场)作用下存在明显的突变. 分析认为: 由于磁场条件下制备的PAn粉末存在着微观取向和显著的抗磁磁化率的各向异性, 在外磁场作用下其堆砌方式会进一步演变成宏观的取向, 随之表现出物理性能上的各向异性.     

导电聚苯胺电极柱识别天冬氨酸对映体的研究

以苯胺为单体,L-天冬氨酸(L-Asp)为模板分子,采用化学氧化法合成了掺杂L-Asp的导电聚苯胺(PAn).将PAn作为固定相填充到多孔陶瓷管中制备导电PAn电极柱,并以此电极柱作为工作电极.循环伏安图表明PAn电极柱具有良好的电化学活性.在电极柱上施加-0.6 V的还原电位,PAn中掺杂的L-Asp发生脱掺杂,从而在PAn膜上留下了与L-Asp完全匹配的空穴.由于PAn具有掺杂/脱掺杂完全可逆的独特性能,因此对带有分子印迹的PAn电极柱施加0.5 V的正电位后,由于存在强烈的分子印迹作用,L-Asp在电极柱上被富集,而D-天冬氨酸(D-Asp)的富集效果远低于L-Asp,从而实现对Asp对映体的识别.     

水分子与聚苯胺间氢键的形成对电子性质的影响

用量子化学SCF-LCAO-MO AM1方法, 对于水分子与聚苯胺(PAn)间氢键体系进行了结构优化, 从理论上系统地研究了聚苯胺分子链不同位置形成氢键的可能性以及成键方式。运用晶体轨道EHMACC方法, 对具有不同氢键结构的PAn体系进行了能带结构计算, 揭示了水分子存在和氢键的形成对PAn掺杂导电性能的贡献。氢键形成后, 能带结构变化表明有利于导电能力的提高。     

膜相渗透原位化学聚合法制备PAn/CA复合透膜

采用膜相渗透原位化学聚合法,使苯胺(An)原位化学聚合于醋酸纤维素(CA)基体膜的微孔壁中,得到均匀分布的PAn/CA复合导电透膜.通过研究聚合反应条件对复合透膜的导电性能和CO₂/O₂表观分离性能的影响,获得了制备性能较优的PAn/CA复合导电透膜的适宜条件.结果表明,采用膜相渗透化学原位聚合法制备的PAn/CA复合导电透膜,平均孔径明显变小,孔径分布变窄,具有优于CA基体膜的微孔结构形态.     

乙醇对双核酞菁钴掺杂聚苯胺膜修饰电极特性的影响

研究了乙醇对双核酞菁钴(b i-CoPc)掺杂聚苯胺(PAn)膜修饰电极特性的影响。用循环伏安法(CV)考察了乙醇浓度不同时,玻碳电极(GC)上双核酞菁钴掺杂聚苯胺的电聚合过程,用紫外-可见吸收光谱(UV-V is)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)表征了在氧化铟锡玻璃(ITO)电极上b i-CoPc掺杂的PAn膜,研究了乙醇对膜以及该膜修饰电极对溶液中分子氧电催化性能的影响。结果表明,乙醇对苯胺的电聚合有促进作用,有助于增加b i-CoPc掺杂量,膜的光谱特性发生变化,表面形貌更加均匀。乙醇存在下制备的修饰电极对溶液中分子氧的电催化活性明显提高。当乙醇含量为10%时,制备的电极催化能力最强。     

含水状态对细菌纤维素/聚苯胺复合凝胶膜制备及性能的影响

以不同含水量细菌纤维素为模板,苯胺单体为原料原位聚合生成聚苯胺,制备出不同含水量细菌纤维素/聚苯胺(HBC/PANI、LBC/PANI及DBC/PANI)复合凝胶膜,系统研究了细菌纤维素凝胶膜含水量和反应时间对苯胺原位聚合以及复合凝胶膜微观形貌、电学性能和力学性能的影响.扫描电镜照片表明聚苯胺均匀包覆在BC纤维上形成导电网络结构;四探针测试表明聚合时间90 min时导电率最高;低含水量加快了聚合反应速度,提高了复合凝胶膜的电导率,而完全干燥则使电导率降低;交流阻抗测试也表明低含水量可以明显提高材料的离子导电性;力学性能测试结果表明了BC/PANI复合凝胶膜具有良好的机械性能,抗拉强度可达0.21 MPa,同时低含水量不会降低复合凝胶膜的力学性能.