文档介绍：2013年东北师范大学化学学院高分子课程论文 题目:导电高分子材料聚苯***的研究作者:郭克俊年级:2010级学号:1231410007指导教师:佟翠艳导电高分子材料聚苯***的研究郭克俊(东北师范大学化学学院2010级)【摘要】综述了聚苯***的结构,盐酸掺杂聚苯***的导电原理,化学聚合法;聚苯***在选择透过性膜、分子导线和分子器件中的应用;对聚苯***的合成方法、性能改善及应用领域进行了展望。【关键词】聚苯***掺杂化学聚合一、聚苯***的研究进展(一)聚苯***的结构[1]在高分子科学诞生以前,聚苯***(PAn)和它的前身-苯***黑就己经有了十几年的研究历史。经历了数次高潮和低谷,科学家不断地在更深的层次上,更新的概念上,利用更有效的手段来认识聚苯***所包含的内在规律。经过多次的错误修正,1987年MacDiarmid提出了聚苯***的结构式如图1:图1聚苯***的结构这里y值代表氧化还原程度,当y=1时为完全还原的全苯式结构,对应的是还原态(Leucoemeraldinebase);y=0时为全醌式结构,对应着全氧化态(Pernigraniline);而y=-醌交替结构,对应着中间氧化态(Emeraldinebase)(二)聚苯******能够导电[2]纯的聚苯***是绝缘体,要使它变为导体需要掺杂,就是掺入少量其他元素或化合物。0<y<1的聚苯***,掺杂后能变为导体,***(苯式-醌式交替结构)掺杂后的导电性最好。而y为0的完全还原态聚苯***(全苯式结构)和y为1的完全氧化态聚苯***(全醌式结构)即使掺杂也不能变为导体[5]。一种掺杂聚苯***的结构式如图2所示:图2掺杂聚苯******的导电原理物质的导电过程是载流子(电子、离子等带电粒子)在电场作用下定向移动的过程。通常认为,高分子聚合物导电必须具备两个条件:一是要能产生足够数量的载流子,二是大分子链内和链间要能够形成导电通道。盐酸掺杂聚苯***不改变聚苯***分子链的骨架结构,只是使分子链内的电子重新排布和转移,所发生的过程可分为三步,示于图3:掺杂剂盐酸离解生成的氢离子(H+)在聚苯***颗粒中向高分子链扩散。到达高分子链上后,第一步,H+结合到高分子链上类醌结构两端的N原子上。H+没有价电子,它与N成键的1对电子只能由N提供,N原子因此变为带一价正电荷,这使高分子链带上正电荷。第二步,上一步形成的两端N原子都带有一价正电荷的类醌结构不稳定,电荷重新分布(图中用弯箭头表示):部分N原子上的正电荷向整个链节的N原子上转移;电子由苯式结构向醌式结构转移,醌式结构中的环得到电子而部分还原,苯式结构失去电子而部分氧化,环内的电子结构趋向于相同。这就是说,聚苯***的掺杂本质上是一种分子内的氧化还原反应。第三步,电荷的重新排布使掺杂态聚苯***的环内电子结构变得相同,最终形成贯穿整个分子长度的大共轭体系,正电荷在整个共轭体系上不均匀分布。正电荷分布的特点是存在两种不同的N原子,一些N原子上正电荷较多(Nδ++,在此δ代表部分电荷),另一些N原子上正电荷较少(Nδ+)。内部电子结构相同的共轭环则处于3种不同的环境中:两端的N原子均为Nδ+、两端的N原子分别为Nδ+和Nδ++、两端的N原子均为Nδ++。这样的电子排布解释了掺杂使聚苯***导电的根源,就是掺杂使N原子带上电荷,并且使所带电荷不均匀地分布到整个共轭长度范