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【科普】聚苯胺导电复合材料
来源:公众号:高分子先进智造 | 作者: 高分子先进智造 | 发布时间: 2021-10-09 | 30 次浏览 | 分享到:

公众号:高分子先进智造




聚苯胺(Polyaniline) 聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子,是一种特殊的导电聚合物。π电子虽具有离域能力,其结构可以形成大量的共轭π电子,电子离域性增强,可移动范围增大,因此使得化合物具有导电的功能。目前主要可应用于光电化学电池、充电电池、电磁屏蔽材料等方面。

由于其分子链的特殊性,为了提高聚苯胺材料的导电性,通常需要用质子酸进行掺杂,例如硝酸、硫酸、磺化水杨酸等等。当用质子酸进行掺杂时,质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上,质子酸发生离解后,生成的氢质子(H)转移至聚苯胺分子链上,使分子链中亚胺上的氮原子发生质子化反应,生成荷电元激发态极化子。因此,半氧化半还原态的聚苯胺经质子酸掺杂后,分子内的醌环消失,电子云重新分布,氮原子上的正电荷离域到大共轭π键中,从而使聚苯胺呈现出高的导电性。常见的改性方法如下:



图1 聚苯胺结构分子式



1、掺杂聚苯胺复合材料

    以活性炭或石墨烯等碳系材料作为基材,用质子酸(硝酸)进行改性,然后掺杂到聚苯胺材料中,由于相容性的提高,得到的复合材料比电容比纯聚苯胺材料提高了30%以上,而且内阻小,阻抗性能高。而在复合材料中加入适量的阳/阴离子活性剂,可以使得聚苯胺在碳材料上的沉积,更有利于提高材料的导电性能。



图2 聚苯胺材料图片



2、化学氧化法聚苯胺复合材料

与掺杂的无序排列不同,采用化学氧化法的方法,可以在纤维增强材料表面得到针状的聚苯胺复合材料。以碳纤维为例,在不同浓度的苯胺环境中,根据工艺条件可以使得聚苯胺自发沿着碳纤维表面生长,并对其形貌进行调控。



图3 不同苯胺浓度下制备的聚苯胺/碳纤维复合材料的SEM图片



3、原位聚合法聚苯胺复合材料

以橡胶材料为例,原位聚合法就是将苯胺单体加入到橡胶基体中,使得苯胺单体在橡胶基体中发生聚合,得到聚苯胺/橡胶复合材料。研究表明采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯吡乳胶等,电导率可以提高至1×102S/m以上。


随着电池产业和电磁屏蔽产业快速发展,多功能的导电材料也渐渐成为研究的热点。为了提高常用高分子材料的抗静电性能,华新科对多种导电材料或材料体系进行探索,并为合作企业提供合适的技术解决方案。




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