文档介绍：聚毗咯导电材料的性能与研究
摘要
聚毗咯导电材料属于结构型导电聚合物材料。因其合成容易且导电率高，与 生物体的相容性较好等特点广泛应用于传感器材料、防腐材料、电极材料、电磁 屏蔽材料等。本文介绍了聚毗咯导电高分子材料的结构、导电机理、聚采用恒电流法和恒电位法均能制备导电良好的聚毗咯薄膜。电 化学聚合法具有操作简单，条件易于控制、合成的聚毗咯电化学活性强、性能好、 纯度高、可以在合成时直接成膜，利于测试分析及应用，但制得的导电膜往往比 较脆弱，另外制备时要用到昂贵的衬底材料(如金属铂等)，聚合产率低，只适 宜合成小批量产品，且成本高⑺。因此，其发展受到一定限制。
化学氧化法是在一定的反应介质中加入特定的氧化剂，使得单体在反应中直 接生成聚合物并同时完成掺杂过程。采用化学氧化法制备聚毗咯，常见的思路有 如下两种：(1)液相法：将经过氧化剂、掺杂剂浸泡的基体与液态毗咯直接接触 反应；(2)气相法：将氧化剂、掺杂剂扩散到基体中，然后置于毗咯蒸汽氛围内， 使毗咯单体在基体表面进行聚合。
化学氧化聚合法操作简便、合成速度快、产量大、目前成为大部分研究者的 首选。聚毗咯的电学性能，信号响应灵敏度和环境稳定性与其聚合方式、聚合条 件有着密切的关系，当聚合方式和聚合条件不同时，制备所得到的聚毗咯导电织 物的表面形态及其电学性能和响应性能都有很大的差异。
过比较气相化学聚合法和液相化学聚合法制得的导电织物的表面形态和表面比 电阻的不同，发现气相化学聚合法制得的导电织物表面光滑，结构致密；而液相 化学聚合法制得的导电织物表面粗糙，结构杂乱、不规整，同时随着时间的延长， 导电织物的导电性和受刺激的反应灵敏度都下降较快。
聚毗咯的掺杂主要有以下几种：化学掺杂、电化学掺杂、界面电荷注入掺杂 及光引发掺杂等，其中前两种掺杂方式最为常见。
聚毗咯的化学掺杂就是通过电荷转移的来实现的。化学掺杂包括：P(氧化) 型掺杂和n(还原)型掺杂两类。其掺杂过程如下：
(1)化学p型掺杂
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(7r-polymer)n + %ny(I2) —► [(n^polymer)r(I3^y]n ⑴
(Z)化学n型捺杂
(3i-polymer)n + [Na-1 (naphtha!ide)*] —[(NaLymcr)* ]r + (naphth^ (2)
与其它化学掺杂相比，质子酸掺杂比较特殊。在掺杂过程中没有改变聚合物 链上的电子数目，只是与聚合物链中亚胺氮原子成键[1。。
电化学掺杂是通过电化学氧化/还原反应来实现的。当高电位时，容易发生 电化学氧化
\还原掺杂；而在低电位时容易进行发生电化学还原'氧化掺杂。在此 过程中进行分子链中电子的得失，分子附近的对阳离子或者阴离子向链外扩散以 保持整个分子的电中性。通过调节工作电极与辅助电极之间的电量，可以有效的
控制电化学掺杂的程度，因为化学反应程度主要由电量决定的。
第2章 聚毗咯导电材料的研究进展
Shi G XU6］等人利用毗咯(Py)单体在聚-DL-乳酸(PDLLA)溶液中制备出了 一种新型的具有导电性的生物降解复合材料。通过表征结构发现，复合材料中PPy 微粒聚集在一起并组成微小的区域嵌入PDLLA的网状结构中；当PPy的含量从 1 %增加到17 %时，电导率增加了 6个数量级。当复合膜中PPy的含量为3%时， 其表面电阻系数会降低，而且PPy/ PDLLA的电学稳定性明显比覆盖了 PPy的聚 酯纤维要好，所以这种材料在组织工程和生物电子技术上有很大的应用前景。 Zhong W BW］等在加入了十六烷基三甲基漠化铵(CTAB)和葡糖酸的PPy中通过 氧化聚合形成了 PPy纳米线网。当CTAB、葡糖酸和Py的比率为1 : 116 : 116时， 生成的PPy纳米网膜和纳米微粒都具有超级亲水性。
将无机粒子加到导电高聚物中制备的复合材料不但解决了导电聚合物的加 工性问题，而且还可将高分子自身的导电性与纳米颗粒的功能性聚于一体。这种 复合材料具有极强的应用前景，从而迅速地成为纳米复合材料领域的一个重要研 究方向。
Chen AH"］等人通过同离子效应，成功地利用FeCl3溶液使Fe3O4纳米微 粒沉积，避免了它们在溶液中聚集一起。大量的Fe3 +被吸附到Fe3O4纳米微粒 的表面并形成Fe3 +外层，以Fe3 +为氧化剂将Py氧化为PPy，合成了 PPy/ Fe3O4 纳米复合材料。TEM分析显示，Fe3O4纳米微粒被PPy包裹在内部，PPy外膜 的厚度在10 nm左右，