导电高分子材料聚苯胺的研究进展.pdf

2002年2月重庆大学学报（自然科学版）VOI.25NO.2
第25卷第2期JOurnaIOfCHOnggingUniversit（yNaturaIScienceEditiOn）Feb.2002

文章编号：1000-582X（2002）02-0124-04

导电高分子材料聚苯胺的研究进展!

马利，汤琪

（重庆大学化学化工学院，重庆400044）

摘要：结合导电高分子材料聚苯胺目前研究的现状，综述了聚苯胺的结构、特性，聚苯胺的电化学
合成法及化学合成法的影响因数及最佳条件，聚苯胺的掺杂机制、无机酸掺杂和有机酸掺杂、二次掺杂，
提高聚苯胺的溶解性和可加工性的方法以及聚苯胺的广泛用途。指出了聚苯胺的发展方向和发展前景。
关键词：聚苯胺；掺杂；改性
中图分类号：063文献标识码：A

聚合物一直被认为是绝缘体，但是自从1976年，构和后来出现的大量实验数据相矛盾。1987年，
美国宾夕法尼亚大学的化学家Macdiarmid领导的研究Macdiarmid进一步提出了后来被广泛接受的苯式-醌
小组首次发现掺杂后的聚乙炔具有类似金属的导电性式结构单元共存的模型，两种结构单元通过氧化还原
以后，人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提反应相互转化。即本征态聚苯胺由还原单元：
高，逐渐产生了导电高分子这门新兴学科。在随后的
研究中逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻和氧化单元：
吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子，由于导电
高分子材料作为新兴不可替代的基础有机材料之一，构成，其结构为：
几乎可以用于现代所有新兴产业及高科技领域之中，
因此对导电高分子研究不仅具有重大的理论价值，而
其中值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同
且具有巨大的应用价值。!
的值对应于不同的结构、组分和颜色及电导率，完
在众多的导电高分子材料中，人们对聚乙炔的研究!
全还原型（）和完全氧化型（）都为绝缘体。
较早，也最为深入，但由于它的制备条件比较苛刻，且它!=1!=0
在0<!<1的任一状态都能通过质子酸掺杂，从绝缘
的抗氧化能力和环境稳定性差，给它的实用化带来了极
体变为导体，仅当!=0"5时，其电导率为最大。
大困难。而聚苯胺原料便宜，合成简便，耐高温及抗氧化
1.2聚苯胺的特性
性能良好，有较高的电导和潜在的溶液、熔融加工可能
1.2.1电化学性质及电致变色性
性，易成膜且膜柔软、坚韧等优点和具有优良的电致变色
聚苯胺在不同氧化态之间能够进行可逆的氧化还
性，在日用商品及高科技等方面有着广泛的应用前景。
原反应，在酸性条件下，聚苯胺的循环伏安曲线上可出
因此虽然聚苯胺于年才被等重新开发，
1984Macdiarmid现对清晰的氧化还原峰。氧化还原峰的峰值电流和
却一跃成为当今导电高分子研究的热点和推动力之一，3
峰值电位随膜厚不同而异，阴极和阳极峰值电流与扫
倍受人们的广泛关注。在这十多年期间，国内外相关研
描速度的均方根呈线性关系。随溶液值的升高，
究者们已对聚苯胺的结构、特性、合成、掺杂、改性等方面pH
聚苯胺膜的电活性降低，当时，其电活性逐步
进行了较为深入的研究。pH>3
消失。
1聚苯胺的结构与特性电致变色现象是指在外加偏电压感应下，材料的光
吸收或光散射特性的变化。这种颜色的变化在外加电场
聚苯胺的结构
1.1移去后仍能完整地保留。聚苯胺的一个重要特性就是电
Macdiarmid重新开发聚苯胺后，在固体13C-NMR致变色性，聚苯胺的电致变色效应与氧化还原反应和质
及研究的基础上提出聚苯胺是一种头尾连接的
IR-子化过程（pH值）有关。在中性或碱性条件下制得的聚苯
线性聚合物，由苯环-醌环交替结构所组成，但这种结胺薄膜是黑色的，在可见光谱中不显示电致变色现象，只

!收稿日期：2001-09-25
作者简介：马利（1958-），男，河北石家庄人，重庆大学副教授。主要从事粘胶剂和功能高分子材料的研究。
第25卷第2期马利等：导电高分子材料聚苯胺的研究进展l25

有在酸性条件下制得的聚苯胺薄膜才能显示可逆多重当溶液pH>l.8时聚合则得到无电活性的惰性膜。
颜色的电致变色现象。当电位在-0.2~+l.0V.vs.溶液中阴离子对苯胺阳极聚合速度也有较大影响，聚
之间扫描时聚苯胺的颜色随电位变化而变化，由合速度顺序为［2］。用电化学法
SCEH2SO4>H3PO4>HCIO4
亮黄色（-0.2V）变成绿色（+0.5V），再变至暗蓝色制得的导电聚苯胺/聚已内酰胺复合膜，显示出优良的
（+0.8V），最后变成黑色（+l.0V），呈现完全可逆的机械性能和良好的导电性［3］。用电化学法还可制得纳
电化学活性和电致变色效应。当电位扫描范围缩小到米结构的聚苯胺。用电化学方法以高氯酸为掺杂剂合
［］
-0.l5~0.4V时，其电致变色的重复次数可增