聚苯胺的性质

聚苯胺是一种特殊的导电聚合物，主链上苯环和氮原子交替排列。溶于N-甲基吡咯烷酮。

聚苯胺随着氧化程度的不同呈现不同的颜色。完全还原态的聚苯胺(Leucoemeraldine base)不导电，为白色，主链重复单元之间没有轭；氧化掺杂后得到翠绿亚胺碱，蓝色，不导电；酸掺杂后得到翠绿亚胺盐，绿色导电；如果翠绿亚胺碱被完全氧化，就会得到过格尼拉宁碱，它不能导电。

聚苯胺具有优异的环境稳定性。可用于制备传感器、电池、电容器等。

聚苯胺是通过苯胺单体在酸性水溶液中的化学氧化或电化学氧化得到的。过硫酸铵(APS)常用作氧化剂。中性条件下聚合的聚苯胺往往含有支链结构。

聚苯胺是一种具有金属光泽的粉末。由于它在分子中具有较大的线性π电子体系，其自由电子可以随意迁移和转移，成为最具代表性的有机半导体材料。与其他导电聚合物相比，聚苯胺具有结构多样化、良好的抗氧化性和耐热性等特点，同时还具有特殊的掺杂机理。聚苯胺及其衍生物不仅可以通过掺杂质子酸获得良好的导电性，还可以通过添加氧化剂或还原剂改变其骨架中的电子迁移，即“氧化还原掺杂”。掺杂后，聚苯胺及其衍生物的电导率可提高10个数量级以上，其在溶剂中的溶解性和加工性能也得到改善。

自从科学家首次发现聚乙炔可以通过P掺杂AsF5或I2得到以来，导电聚合物近年来逐渐发展成为一个新的交叉学科研究领域。经过10多年的研究和实验，聚苯胺树脂的溶解性和加工性研究也取得了一些突破。目前，解决导电聚苯胺树脂溶解性的方法主要有:功能质子酸掺杂、结构修饰、制备可溶性复合物、制备胶体粒子等。以上方法均可不同程度地提高聚苯胺在有机溶剂中的溶解度，进一步提高其成型能力。但大部分有机溶剂都会造成不同程度的环境污染。如果能够用水来代替制备水溶性聚苯胺复合物，不仅有利于环境保护，而且会带来更大的经济效益。因此，近年来，水溶性导电聚苯胺成为研究的热点。此外，制备聚苯胺复合物是改善聚苯胺加工性能的主要方法。目前主要采用电化学法和化学氧化法。UNIAX公司通过溶液* * *混合法制备了一种性能优异的透明导电涂层，透过率为80%，表面电阻仅为192ω，可用作导电玻璃。聚苯胺还可以与PET、PVC、PS、PVA、PA、PMMA等聚合物制成复合膜。如果采用原位复合法，PANI可以在很低的含量下就具有很高的电导率，这是一种很有前途的制备导电聚合物复合材料的方法。

电磁屏蔽一般是指电磁波的能量被物体表面吸收或反射，阻碍其传导。电磁波能量衰减越大，其屏蔽效果越好。为了研究聚苯胺的电磁屏蔽和吸收性能，其电导率和介电性能是两个必不可少的参数。随着聚苯胺加工问题的解决，各种基于聚苯胺的抗静电和电磁屏蔽材料相继问世。如美国UNIAX公司利用有机磺酸掺杂的聚苯胺与商用聚合物混合，制备各种颜色的抗静电地板。此外，研究人员还制备了一种透明的聚苯胺基热固化涂层。涂层与聚合物基体具有良好的附着力，不仅耐化学腐蚀，而且耐磨。此外，科学家最近通过反复实验，制成了一种水溶性聚苯胺水乳液，可用作防腐蚀、防静电涂料。美国已将导电聚苯胺用于火箭发射平台的防腐涂层，效果很好。日本还做了透明的PANI防静电涂层，涂在4MB软盘上，效果很好。目前，美国、日本和德国对聚苯胺电磁屏蔽材料的研究取得了突破性进展。

本征导电聚合物(ICPS)是一种新型的微波吸收材料，聚苯胺具有高导电性和高介电常数，能有效吸收微波频段的电磁辐射。科学家经过反复实验得出结论，掺杂态聚苯胺在非晶态时吸收率最大。目前，聚苯胺在国外军事上已被用作伪装隐身。法国正在研制隐形潜艇，而美国正在将其作为航天飞机中塑料焊接技术的远距离加热材料。

随着信息技术的蓬勃发展和计算机、无线通信技术的广泛应用，各种频率的电磁波不同程度地干扰了交通、航天、军事等领域的工作。为此，一些发达国家和组织相继制定了消除电磁干扰的国际标准和法规。以聚苯胺为首的聚吡咯、聚噻吩等本征导电聚合物在消除电磁干扰方面发挥了巨大作用。与复合导电聚合物不同，本征导电聚合物具有相对较高的电导率和介电系数，通过化学处理容易控制或消除电磁波干扰。与金属相比，这种材料质轻、坚韧、不易被腐蚀，因此越来越受到人们的青睐。

此外，随着全球经济的快速发展，环境问题尤其是空气污染越来越严重，大气中的各种有害气体越来越多。各国科学家开发了一些相应的气敏材料来检测这些有害气体。聚苯胺薄膜可以与某些气体发生氧化还原反应，引起掺杂程度的变化，进而导致电导率的明显变化。利用这一特性，人们可以及时检测空气中氮氧化物的含量。与氮氧化合物不同，H2S是一种还原性气体。它会降低聚苯胺化学传感器的电导率。通常工厂排放的含有SO2的废气对生物和人类的生存环境危害很大，因此如何及时检测和控制SO2的排放对控制环境污染至关重要。实验结果表明，旋转蒸发法制备的聚苯胺薄膜电导率明显提高，与SO2反应后电导率完全可逆，检测限可达2ppm。新制备的聚苯胺蒸发膜灵敏度更高，甚至可以检测到0.5ppm的SO2含量，此外，聚苯胺在室温下对NH3也有很高的灵敏度，因此也可以用来检测空气中NH3的浓度。近年来，国内外对聚苯胺树脂在生物传感器中的应用进行了大量的研究。自首次报道酶的固定化以来，人们研究了各种酶的固定化方法，但到目前为止，无论是酶固定化的稳定性和重现性，还是固定化方法本身都存在一些问题。鉴于聚苯胺导电聚合物的电化学活性，可以在氧化还原过程中掺杂阴离子，这为酶的固定化提供了新的途径。

为了制备具有更高电导率的聚苯胺聚合物，今后应加强分子设计和物理改性，开发具有高电导率、介电常数和介电损耗的聚苯胺，以进一步提高聚苯胺树脂的屏蔽和吸收性能。其结构与性能的关系要用各种仪器比、X射线衍射仪、红外光谱仪、扫描电镜来研究。相信通过科学工作者的不断努力和深入研究，未来会有一种性能更好的导电聚合物聚苯胺及其衍生物呈现在世人面前，为清除太空电子雾、消除电磁波干扰做出更大贡献，为人类做出更大贡献。