聚苯胺微／纳米结构及其应用

导电聚合物微／纳米结构保留了轻质、类金属电导率和可逆化学和电化学特性,又具有纳米材料的高比表面积、尺寸和量子效应,它在电子器件、储能器件、传感器件等领域具有广泛的技术应用前景。其中,由于聚苯胺的制备方法简单、原料易得和独特的质子酸掺杂和脱掺杂机制,使聚苯胺微／纳米结构的可控制备及其应用研究已成为当前导电聚合物研究的热点...     

微/纳米结构聚苯胺的制备及应用的新进展

结合徽/米结构聚苯胺最新的研究现状,扼要综述了从传统化学和电化学方法中发展起来的用于制备各种微／纳米结构聚苯胺的最新方法(如软模板法和硬模板法),并介绍了聚苯胺应用方面的新进展。     

浸润性可调的导电聚苯胺/聚丙烯腈同轴纳米纤维

聚苯胺(PANI)因其具有可调的导电性、优异的化学稳定性、简单的制备方法等特点, 在化学电源、抗静电涂层、电磁屏蔽材料、抗腐蚀、传感器等领域具有广泛的应用前景[^1~4]. 由于聚苯胺的刚性分子链使得聚苯胺几乎不溶不熔, 难以加工应用, 因此, 将导电聚合物直接制成纳米纤维一直是合成纤维界所希望的目标之一. 此外, 由于材料尺度的减小, 使纳米材料的表面与界面性质,尤其是表面浸润性变得更为突出.浸润性是固体表面的重要特征之一, 它主要由表面的化学组成和微观结构共同决定^[5,6]. 可调的浸润性在超疏水材料、药物传输、仿生材料和微流体等领域具有重要的应用价值^[7~10] , 引起人们广泛关注.     

不同铁盐氧化掺杂导电聚苯胺纳米结构的合成及性能研究

在没有外加掺杂剂的条件下,以FeCl3,Fe(NO3)3,Fe2(SO4)3,FePO4等多种铁盐为氧化剂,在水溶液中采用"无模板"的方法制备了具有较高电导率的聚苯胺纳米结构.铁盐是一种强酸弱碱盐,在水溶液中发生水解释放出质子,质子可以作为掺杂剂进入聚苯胺主链,因此,在苯胺的聚合过程中,铁盐同时起到氧化剂和掺杂剂的双重功能,进一步简化了导电聚苯胺纳米结构的合成条件,降低了反应成本.FTIR,UV-Vis,XRD等结构表征证实所得的纳米结构的聚苯胺均为掺杂态.试验发现,铁盐较低的氧化/还原电位使产物具有较小的直径和较高的电导率和结晶性.不同的对阴离子对聚苯胺产物的形貌有一定的影响,但对产物的结构和性能影响不大.铁盐与苯胺单体的比例对聚苯胺的形貌和电导率均有较大的影响.     

自组装的氢氟酸掺杂的聚苯胺微/纳米管

以氢氟酸为掺杂剂,采用无模板法制得了高电导率(10-2-10-1S/cm)聚苯胺微/纳米管(d=85-420nm).当[HF]/[An]=0.5时所得微/纳米管的形成机率高达100%.发现微/纳米管的直径和电导率均随[HF]/[An]比例的增加而增加.FTIR,UV-Vis,XRD结构表征证明所得的聚苯胺微/纳米管为掺杂态.     

氯化铁氧化掺杂的聚苯胺纳米纤维团簇

没有外加质子酸的条件下,以氯化铁为氧化剂和掺杂剂,在界面体系中由苯胺(An)采用“无模板”的方法成功地制备了电导率为10-2～10-1S/cm的聚苯胺纳米纤维(d=20～30nm).实验证明FeCl3同时起到氧化剂和掺杂剂的双重作用,从而进一步简化了导电聚苯胺纳米纤维的合成条件.与使用过硫酸铵为氧化剂的传统聚合方法相比,FeCl3较小的氧化/还原电位使产物具有较小的直径和较高的结晶性.同时发现聚苯胺的形貌和电导率均与[FeCl3]/[An]的比例有关.FTIR,UV-Vis,XRD结构表征证实所得的聚苯胺纳米纤维为掺杂态.     

超疏水性聚苯胺微/纳米结构的合成及防腐蚀性能

以苯胺为单体, 过硫酸铵为氧化剂, 通过改变不同的掺杂剂, 采用"无模板"法合成了具有不同浸润性的聚苯胺微/纳米结构, 并得到超疏水聚苯胺微/纳米结构. 采用红外吸收光谱、 紫外-可见吸收光谱、 X射线衍射及扫描电镜对聚苯胺微/纳米结构及形貌进行了表征, 测定了聚苯胺微/纳米结构的接触角, 并通过Tafel极化曲线和电化学交流阻抗研究了不同疏水性的聚苯胺微/纳米结构在0.1 mol/L H₂SO₄溶液中对碳钢的腐蚀防护作用, 探讨了聚苯胺微/纳米结构的表面浸润性对腐蚀防护性能的影响. 研究结果表明, 随着聚苯胺微/纳米结构疏水性的增强, 对碳钢的腐蚀防护作用增强, 当掺杂剂为全氟辛酸时所制备的超水聚苯胺微/纳米结构表现出最佳的防腐蚀性能(η= 94.70%).     

掺杂/脱掺杂诱导的聚苯胺织物浸润性开关

以三氟乙酸(TFA)作为掺杂剂,三氯化铁为氧化剂,采用原位化学氧化法制得了具有超疏水性能的聚苯胺/棉布复合导电织物(PANI/CCT),所得织物在外界酸度诱导下发生掺杂/脱掺杂反应而导致其由导电态向绝缘态的转变,从而实现超疏水到超亲水的可逆、快速变化.研究结果证实上述的超疏水/超亲水可逆的变化来自聚苯胺与纤维的微/纳米结构和TFA的低表面自由能的协同效应.     

齐聚物引导构筑聚苯胺微/纳米结构

针对苯胺化学氧化聚合(COP)体系,综述了现有构筑聚苯胺(PANI)微/纳米结构的自组装模型,分析了具有不同微/纳米形貌PANI的形成过程,提出了在阐述形貌各异PANI微/纳米结构形成机理的研究中所存在的难点和亟待解决的问题。     

界面扩散聚合法制备樟脑磺酸掺杂聚苯胺纳米管或纳米纤维及其电化学电容行为研究

利用界面扩散聚合法制得了樟脑磺酸掺杂聚苯胺纳米管或纳米纤维.扫描电镜(SEM )和透射电镜(TEM)表明所生成的聚苯胺纳米管径与樟脑磺酸浓度成反比,且低浓度的苯胺和掺杂剂有利于管状及纤维状聚苯胺的形成.充放电测试结果表明,聚苯胺纳米管在5mA放电时电容值可达2 4 9F g ,比相同条件下聚苯胺纳米纤维的比电容高14 . 7% ,而比聚苯胺粉末的比电容高4 1 .5 % .     

聚苯胺水基胶体分散液及其复合物的研究 Ⅰ制备、表征及复合物的表观形貌、力学性能

以聚乙烯醇（ＰＶＡ）为稳定剂（ｓｔｅｒｉｃｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）利用分散聚合（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｉ ｚａｔｉｏｎ）的原理，成功地制备出了稳定的聚苯胺（ＰＡｎ）水基胶体分散液．聚苯胺颗粒的大小受聚合条件如稳定剂浓度、单体浓度、温度以及搅伴状态等的影响．ＰＶＡ通过物理作用吸附在ＰＡｎ颗粒的表面，起到阻止ＰＡｎ颗粒进一步团聚的作用．但这种作用力较弱．ＰＡｎ颗粒的原始尺寸大小约为２０ｎｍ．由此原始颗粒组成了尺寸在１００ｍｍ～２００ｍｍ左右的稳定颗粒     

聚苯胺水基胶体分散液及其复合物的研究 Ⅱ紫外光谱及导电性能

利用紫外可见光谱研究了聚苯胺（ＰＡｎ）在水基胶体分散液中掺杂与脱掺杂过程，证实了ＰＡｎ的掺杂与脱掺杂是完全可逆的过程．当ｐＨ＝３５时，开始脱掺杂，当ｐＨ＝６０时，脱掺杂已基本结束．ＰＡｎ颗粒的大小也对紫外光谱有影响．当聚苯胺颗粒尺寸达到纳米量级时（１００ｎｍ），复合膜光谱吸收峰明显兰移，表现出了表面效应和量子尺寸效应．聚苯胺／聚乙烯醇复合膜的电导率不仅受聚苯胺含量的影响，同时也受复合膜中聚苯胺颗粒聚集状态的影响．较小的聚苯胺颗粒，使复合膜具有较低的渗滤阈值．     

聚苯胺/分级碳纳米管复合材料的制备与性能研究

在众多的导电高分子中，聚苯胺具有原料易得、合成简便、能进行快速与可逆的氧化还原反应、可储存高密度的电荷等优点，在能源、光电子器件、电容器、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域有着诱人的应用前景．近年来，将导电聚苯胺用于超电容器，倍受人们的广泛关注．     

浸渍聚合法制备透明导电聚苯胺薄膜的研究

采用浸渍聚合法制备透明导电的聚苯胺薄膜，并系统地研究了基片、反应温度、氧化剂和掺杂剂等因素对聚苯胺透明导电薄膜的电学和光学性能的影响．在最佳的制备条件下，所得薄膜的室温电导率可达１～５Ｓ／ｃｍ．当厚度为０５μｍ时，在４５０至６５０ｎｍ的透光窗口内，该薄膜的透光率可达８０％．借助结构表征讨论了薄膜的生长机理和它的结构组成．     

氧化剂对磺化石墨烯负载聚苯胺复合材料结构与电化学性能的影响

以磺化石墨烯(sGNS)为基板材料,通过界面聚合方法制备出不同分级结构磺化石墨烯负载聚苯胺(sGNS/PANI)复合材料,并系统研究了氧化剂类型对复合材料的化学组成、形貌结构和超级电容特性的影响.结果显示,过硫酸铵为氧化剂合成的复合材料中PANI的产率和氧化程度最高,其形貌呈现出sGNS垂直生长PANI纳米短棒阵列结构,PANI的共轭程度和结晶性均较高,从而赋予复合材料高的比电容(497.3 Fg-1),以及良好的倍率特性和循环稳定性(2000次循环后比电容仅损失5.7%).当以三氯化铁为氧化剂时,复合材料中PANI的得率很低,并在sGNS表面形成较薄的包覆层,此时复合材料的比电容最低(228.5 Fg-1),但充放电循环性能较好(2000次循环后比电容的保持率为87.4%).当氧化剂为高锰酸钾时,复合材料中PANI以团聚态颗粒无规堆积在sGNS表面,PANI以无定型结构存在,其比电容虽然较高(419.6 F g-1),但其倍率特性和充放电循环性能较差(2000次循环后比电容损失19.9%).     

聚苯胺／聚乙烯醇导电复合膜的制备及性质研究

用较简单的化学氧化现场吸附聚合法（ｉｎ－ｓｉｔｕｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）制得了聚苯胺（ＰＡｎ）／聚乙烯醇（ＰＶＡ）导电复合膜．该膜具有较好的导电性和机械性能；其电导率可达５．８ｓ／ｃｍ，拉伸强度达１３ＭＰａ，断裂伸长率为１１０％左右．本文讨论了制备的各种条件对复合膜导电性能及力学性能的影响、稳定性及电化学活性；并采用循环伏安曲线、扫描电镜（ＳＥＭ）、ＦＴＩＲ谱及元素分析对该复合膜的结构和性能进行了表征．     

具有伸展链构象聚苯胺/蒙脱土混杂纳米复合物的合成与表征

报道了具有聚苯胺伸展链构象的聚苯胺／ 粘土（ Ｐ Ａｎ／ Ｍ Ｍ Ｔ） 混杂纳米复合物的合成与表征．用插层聚合的方法将聚苯胺分子链嵌入层状蒙脱土的片层之中,从而得到一种高电导率的聚苯胺／ 层状硅酸盐混杂纳米复合物．通过 Ｘ 射线衍射（ Ｘ Ｒ Ｄ） ,付立叶红外（ Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ） ,四探针电导率测量以及定性和定量的电子光谱分析等手段对产物进行了表征,结果表明,９０ ％ 以上的聚苯胺的分子链被插入蒙脱土的片层中间．由于聚苯胺分子链在受限的纳米空间生成,聚苯胺以伸展的单分子链构象存在．该构象在苯胺的通常聚合中不可能生成．通过对聚合过程进行吸收光谱监测,发现该聚合是扩散控制过程．     

不同质子酸掺杂对银/聚苯胺纳米复合材料结构和导电性的影响

利用紫外光作为辅助条件,在反胶束体系中采用一步双原位法合成了硝酸(HNO3)、对甲基苯磺酸(TSA)和5-磺基水杨酸(SSA)掺杂的银/聚苯胺(Ag/PANI)纳米复合材料.通过对复合材料进行红外光谱(FTIR)、紫外光谱(UV-Vis)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和导电性能的测试,研究了不同质子酸对Ag/PANI纳米复合材料结构、形貌和导电性能的影响.测试结果表明,3种酸掺杂制备的Ag/PANI纳米复合材料均为聚苯胺包覆银粒子的核-壳结构.不同的质子酸掺杂会对Ag/PANI纳米复合材料的电性能有重要影响.在3种酸掺杂的复合材料中,TSA掺杂的复合材料的电导率最佳,为215.14 S·cm-1.