聚苯胺的物理化学性质
聚苯胺掺杂产物的结构主要用极化子晶格模型和四环苯醌变体模型来解释。聚苯胺的主要掺杂点是亚胺氮原子。质子携带的正电荷通过分子链内部的电荷转移，沿分子链周期性分布。并且苯二胺和醌二亚胺必须同时存在以确保有效的质子酸掺杂。质子掺杂是聚苯胺由绝缘态向金属态转变的关键。本征态聚苯胺(PAN)是一种绝缘体，通过质子酸掺杂或电氧化可以将PAn的电导率提高十几个数量级。掺杂态聚苯胺结构中的x代表掺杂程度，由掺杂决定；y代表氧化程度，由合成决定；a代表质子酸中的阴离子，由掺杂剂决定。然而，聚苯胺的掺杂过程不同于其他导电聚合物。通常，导电聚合物的掺杂总是伴随着其主链中电子的获得和损失，而聚苯胺
当掺杂质子酸时，电子数不变。在掺杂过程中，H+将亚胺上的氮原子质子化，导致聚苯胺链上掺杂段的价带出现空穴，即P型掺杂，形成稳定的离域聚(翠绿亚胺)原子团。亚胺氮原子的正电荷通过* * *轭效应分散到分子链上相邻的原子上，从而增加了体系的稳定性。在外电场的作用下，空穴通过* * *轭中π电子的* * *振动在整个链段上运动，表现出导电性。完全还原(y=1)的无色翠绿亚胺碱和完全氧化(y=0)的过格尼拉宁都是绝缘体，不能通过质子酸掺杂转化为导体。当温度为0时
有人用量子化学计算了中间氧化态聚苯胺的结构。各芳环偏离基准面，属于反式构型，是不完全的锯齿形线性结构。进一步的研究证实，掺杂态聚苯胺具有与本征态聚苯胺相似的结构。物质的电学性质取决于它的能带结构。物质的能带是由分子或原子轨道重叠形成的，分为价带和导带。一般禁带宽度>；在10.0 eV时，电子很难激发导带，物质在室温下是绝缘的；当带隙约为1.0eV时，可以通过热、振动或光的方式将电子激发到导带，成为半导体。导电聚合物有一个长的P-电子轭骨架，所以也叫* * *轭聚合物。P电子轭体系的成键带和反键带的能隙相对较小，约为1~3eV，接近无机半导体中导带的价带隙。掺杂可以将其电导率提高甚至十几个数量级，接近金属电导率。掺杂来自半导体化学，是指在纯无机半导体材料中加入少量不同价态的第二种物质，如硅、锗或镓，改变半导体材料中空穴和自由电子的分布。导电聚合物的掺杂不同于无机半导体的掺杂。无机半导体是原子的替代和镶嵌，而导电聚合物的掺杂往往伴随着氧化还原过程。对于无机半导体，掺杂剂可以嵌入其晶格中，掺杂后导电聚合物的主链会发生形变和位移，但掺杂离子不能嵌入主链中，只能存在于聚合物链之间。无机半导体掺杂形成两种载流子:电子和空穴。对于导电聚合物，广泛接受的载流子形式有孤子、极化子、双极化子等。这些载流子与聚合物链中的* * *轭P电子密切相关，而掺杂离子则作为抗衡离子存在。
从掺杂量来看，导电聚合物的掺杂量很大，可以达到一半以上，而无机半导体的掺杂量极低，只有万分之几。此外，导电聚合物中存在去掺杂过程，掺杂/去掺杂过程是可逆的，而无机半导体通常无法实现可逆去掺杂。质子酸掺杂的聚苯胺与质子酸反应，导电性大大提高。当它与碱反应时，又变成绝缘的，即质子酸掺杂和反掺杂。聚苯胺的掺杂机理不同于其他导电聚合物。那些聚合物的掺杂总是伴随着主链电子的得失，而聚苯胺的质子酸掺杂并不改变主链的电子数，只是当质子进入聚合物主链时，链带正电荷，为了保持电中性，阴离子也进入。半氧化半还原态聚苯胺可以用质子酸掺杂，完全氧化态聚苯胺可以用离子注入和还原掺杂。全还原态聚苯胺只能掺杂碘和光助氧化。麦克迪尔米德提出，用质子酸掺杂时，亚氨基上的氮原子先被质子化，酸中的氢质子与氮原子结合形成价电子离域进入大分子结构形成* * *轭大P键，提高了聚苯胺的导电性。
除了质子酸掺杂，聚苯胺还可以通过光诱导掺杂、离子注入掺杂、电化学掺杂等方法进行掺杂。光诱导掺杂又称/光助氧化掺杂，是在特定波长的光照射下，使一种物质释放质子作为聚苯胺的掺杂剂。结果表明，这种掺杂是聚苯胺涂层在金属表面起到防腐作用的原因之一。有人通过紫外光加速VC-MAC(偏氯乙烯和丙烯酸甲酯)释放质子，完成了聚苯胺的光致掺杂。而通过离子注入掺杂将K+离子注入到完全氧化的聚苯胺中，可以发生还原掺杂，离子注入区呈现N型半导体特征。当40keVK+离子束注入时，聚苯胺膜的电导率随着剂量的增加而迅速增加。电极表面* * *轭聚合物的掺杂是电化学掺杂。掺杂过程可以通过改变电极电位，使电极表面涂覆的聚合物膜与电极之间发生电荷转移来完成。电化学掺杂可以实现很多化学掺杂方法无法实现的掺杂反应，通过控制聚合物与电极之间的电位差可以改变掺杂程度。掺杂和去掺杂是完全可逆的过程，在这个过程中不需要去除任何化学产物。聚苯胺由于其链刚性和链间强相互作用，极易溶解，几乎不溶于大多数常用的有机溶剂，仅部分溶于N，N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮，给其表征带来一定困难，极大地限制了其应用。通过结构修饰(衍生物、接枝、* *聚)、掺杂诱导、聚合、复合、制备胶体粒子等方法，得到了可溶性或水溶性导电聚苯胺。如果在聚苯胺分子链中引入磺酸基团，可以得到水溶性导电聚合物。
然而，聚苯胺溶液即使在很低的浓度(:20%)下，凝胶化倾向也变得更加明显。以NMP为溶剂溶解高分子量聚苯胺，加入二甲基氮丙啶作为凝胶抑制剂，可以得到稳定的溶液，因为二甲基氮丙啶破坏了分子链之间的氢键，阻碍了凝胶作用。但这种溶剂价格昂贵，实用前景不好。聚苯胺的电导率受pH值和温度的影响很大。当pH >: 4时，电导率与pH无关，表现出绝缘体的性质；当2
电导率与温度在一定的温度范围内，可以认为其电导率随着温度的升高而增大。在一定的pH值下，随着电位的增加，电导率逐渐增加，然后达到一个平台。但当电位继续上升时，电导率急剧下降，最后表现为绝缘体。扫描电位的变化反映在聚苯胺的结构上，表明聚苯胺的最高氧化态和最低还原态是绝缘的，只有中间的半氧化态是导电的。
此外，电导率较高的样品温度依赖性较弱，而电导率较低的样品温度依赖性较强。聚苯胺的电导率不仅与主链结构有关，还与取代基和取代位置有关。聚苯胺对苯环的取代增加了苯环间的平面扭曲角，增强了主链中P电子的局域化，降低了聚合物的电导率。而氨基氮原子上取代的苯胺衍生物的电导率与其烷基取代基的长度有关，即取代基越长，产物的分子量越低，在有机溶剂中的溶解度越大，但电导率下降。芳香取代聚苯胺的电导率高于烷基衍生物。也有人尝试用碳纳米管掺杂聚苯胺。结果表明，碳纳米管的掺杂能有效提高聚苯胺材料的电学性能，但对光学性能的影响相反。聚苯胺分子的主链含有大量的* * *轭P电子。当受到强光照射时，聚苯胺价带中的电子会被激发到导带，出现额外的电子-空穴对，即本征光电导。同时，能带中杂质能级的电子或空穴会被激发而改变其导电性，具有明显的光电转换效应。而且在不同的光源下，反应非常复杂和迅速。在激光作用下，聚苯胺表现出高度的非线性光学特性，可用于信息存储、频率调制、光开关和光计算机。
三阶非线性光学效应主要来源于载流子自局域化形成的激子输运，主要取决于掺杂程度、聚合条件、主链的相和取向、轭的长度以及取代基的种类。不同氧化态和掺杂程度的聚苯胺具有不同的三阶非线性光学系数。聚苯胺的表征方法包括电导率测量、TG-DTA、XRD、FTIR、UV-vis、XPS、TEM和SEM。其中，TG-DTA、XRD、FTIR、UV-vis、XPS、TEM和SEM可分别用于测量纳米碳管的热稳定性、官能团和掺杂状态的变化。根据聚苯胺的特殊功能，有特殊的表征方法，如电化学阻抗谱和阳极极化曲线、循环伏安法、磁化系数、电子顺磁振动技术、比饱和磁化强度和SQUID等。在所有的表征方法中，TEM和SEM是最直观的方法。
聚苯胺紫外光谱图谱标准物质。