原位聚合法制备聚苯胺导电纤维的研究进展

2　导电聚苯胺

2.1　聚苯胺的结构

1987年,美国宾夕法尼亚大学的MacDiarmid提出了后来被广泛接受的苯式-醌式结构单元(见图1),根据结构单元中氧化单元和还原单元含量的不同进行分类,聚苯胺以全氧化态(pernigraniline)、全还原态(leucoemeraldine)和中间氧化态(emeraldine)存在[6]。

2.2　聚苯胺导电机理

聚苯胺经一般的质子酸处理后,就可取得良好的掺杂效果,电导率提高十个数量级以上,基于不同的结构,人们提出了不同的掺杂反应机理,大多数研究者基于聚苯胺的结构模型,认为聚苯胺分子中一定量醌结构的存在是聚苯胺具有导电性的重要因素,导电机制较有说服力的是1987年MacDiarmid提出的极化子晶格模型[7](图2)。

当用质子酸处理时,质子酸HA发生离解,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,生成阳离子自由基,亚胺氮原子所带的正电荷通过共轭作用沿分子链分散到邻近的原子上,从而增加体系的稳定性。正是掺杂后电荷在分子链上的迁移或链间跃迁,才使聚苯胺呈高导电性。只有当0<y<1时,阳离子自由基(极化子)沿分子链的迁移才能够实现。而当y=0.5,即分子链上氧化单元与还原单元相等时,最有利于电荷的迁移,故此时聚合产物导电性最好。习惯上y=0.5的聚苯胺称为翠绿亚胺,这是制备导电聚苯胺所希望的理想结构。

3　研究进展

原位聚合法又称“现场”吸附聚合法,用该法制备聚苯胺导电纤维时,聚苯胺的合成反应是在纤维的表面进行的,合成反应式如图3所示。

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