Полианилин
Полианилин ( PANI ) является проводящим полимером и органическим полупроводником семейства полимеров полу-гибких стержней . Соединение было интересно с 1980 -х годов из -за его электрической проводимости и механических свойств. Полианилин является одним из самых изученных проводящих полимеров. [ 2 ] [ 3 ]
Историческое развитие
[ редактировать ]Полианилин был обнаружен в 19 -м веке Ф. Фердинандом Рунге (1794–1867), Карлом Фрицше (1808–1871), Джон Лайтфут (1831–1872) и Генри Летби (1816–1876). [ 4 ] Lightfoot изучал окисление анилина, которое было изолировано только 20 лет назад. Он разработал первый коммерчески успешный путь к красителю, называемому анилиновым черным . [ 5 ] [ 6 ] Первый окончательный отчет о полианилине не произошел до 1862 года, который включал электрохимический метод для определения небольших количеств анилина. [ 7 ]
С начала 20 -го века были опубликованы случайные сообщения о структуре PANI.
Полимеризованный из недорогого анилина , полианилин можно найти в одном из трех идеализированных окисления : состояний [ 8 ]
- Leucoemeraldine - белый/прозрачный и бесцветный (C 6 H 4 NH) n
- Изумрудный век - зеленый для изумрудной соли, синий для основания Изумруда ([C 6 H 4 NH] 2 [C 6 H 4 N] 2 ) n
- (для) нигризилин - синий/фиолетовый (C 6 H 4 N) n
На рисунке X равняется половине степени полимеризации (DP). Leucoemeraldine с n = 1, m = 0 является полностью уменьшенным состоянием. Пернигранилин является полностью окисленным состоянием (n = 0, m = 1) с иминовыми ссылками вместо аминовых ссылок. Исследования показали, что большинство форм полианилина являются одним из трех состояний или физических смесей этих компонентов. Иумрудин (n = M = 0,5) форма полианилина, часто называемая основой изумруда (EB), нейтральна, если легировать (протонирован), она называется изумрудиновой солью (ES), а нитрогенов имине протонируется кислотой. Протонация помогает делокализировать в остальном пойманное государство диминокинона-диаминобензола. Основание Изумруда рассматривается как наиболее полезная форма полианилина из -за его высокой стабильности при комнатной температуре и того факта, что при легировании кислотой, полученной в результате изумрудиновой соли полианилина очень электрически проводится. [ 6 ] Лейкоэмерина и пернигранилин являются плохими проводниками, даже когда легируют кислотой.
Изменение цвета, связанное с полианилином в различных состояниях окисления, может использоваться в датчиках и электрохромных устройствах . [ 9 ] Полианилиновые датчики обычно используют изменения в электрической проводимости между различными состояниями окисления или уровнями допинга. [ 10 ] Обработка изумруда с кислотами увеличивает электрическую проводимость на десять порядков. Недоопубличный полианилин имеет проводимость 6,28 × 10 −9 S/M, тогда как проводимость 4,60 × 10 −5 S/M может быть достигнут допингом до 4% HBR. [ 11 ] Тот же материал может быть приготовлен путем окисления лейкоэмеринана.
Синтез
[ редактировать ]Хотя синтетические методы получения полианилина довольно просты, механизм полимеризации, вероятно, является сложным. Образование лейкоэмеринана можно описать следующим образом, где [O] является общим окислителем: [ 12 ]
- C 69 NH 2 NH] → NH NH [O → ] → N ] → NH 2 O
Обычным окислителем является аммониея персульфат в 1 М соляной кислоте (можно использовать другие кислоты). Полимер осаждается в виде нестабильной дисперсии с частицами микрометра.
(Per) Нигранилин готовятся путем окисления основания Изумруда с помощью Peracid : [ 13 ]
- {[C 6 H 4 NH] 2 [C 6 H 4 N] 2 } N + RCO 3 H → [C 6 H 4 N] N + H 2 O + RCO 2 H
Обработка
[ редактировать ]Синтез полианилиновых наноструктур легкий. [ 14 ]
Используя легирующие приставы для поверхностно -активного вещества, полианилин может быть сделан диспергируемой и, следовательно, полезным для практических применений. Насыпный синтез полианилиновых нановолокон был тщательно исследован. [ 15 ]
Предлагается многоэтапная модель для формирования основания изумруда. На первой стадии реакции образуется пернигранилин PS Соляное состояние соли. На второй стадии пернигранилин сводится к изумрудному соль, поскольку анилиновый мономер окисляется до радикального катиона . [ 8 ] На третьем этапе этот радикальный катион объединяется с солью ES. Этот процесс может сопровождаться анализом рассеяния света , который позволяет определить абсолютную молярную массу . Согласно одному исследованию на первом этапе, DP 265 достигается с DP конечного полимера в 319. Приблизительно 19% конечного полимера состоит из катиона радикала анилинового радикала, который образуется во время реакции. [ 16 ]
Полианилин обычно продуцируется в форме длинноцепочечных полимерных агрегатов, стабилизированного наночастиц на наночастицах поверхностно-активного вещества (или легированного) или дисперсий без стабилизаторов нановолокна в зависимости от поставщика и синтетического пути. Сервант -активное вещество или стабилизированные полианилиновые дисперсии полианилинового вещества были доступны для коммерческой продажи с конца 1990 -х годов. [ 17 ]
Потенциальные приложения
[ редактировать ]Основными приложениями являются печатная плата Производство: окончательная отделка, используемая в миллионах М. 2 Каждый год антистатические и ЭСД покрыты и защита от коррозии. [ 5 ] [ 17 ] Полианилин и его производные также используются в качестве предшественника производства углеродных материалов N за счет высокотемпературной термообработки. [ 18 ] Печатные датчики на основе полианилинового изумруда также привлекли большое внимание к широко распространенным приложениям, где устройства обычно изготовлены с помощью экрана, струйка [ 19 ] или аэрозольный самолет [ 20 ] печать.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ М. Эвейн; С. Квиллард; Б. Корраза; У. Ван; AG MacDiarmid (2002). «Фенил-эн-покрытый тетрамером анилина». Acta Crystallogr. Эн . 58 (3): O343 - O344. Bibcode : 2002accre..58o.343e . doi : 10.1107/s1600536802002532 . S2CID 62598347 .
- ^ Окамото, Йошикуко; Бреннер, Уолтер (1964). «Гл. 7: Органические полупроводники». Полимеры . Рейнхольд. С. 125–158.
- ^ Хигер, Алан (2001). «Нобелевская лекция: полупроводящие и металлические полимеры: полимерные материалы четвертого поколения». Обзоры современной физики . 73 (3): 681–700. Bibcode : 2001rvmp ... 73..681h . Citeseerx 10.1.1.208.7569 . doi : 10.1103/revmodphys.73.681 .
- ^ Расмуссен, Сет С. (6 октября 2017 г.). «Ранняя история полианилина: открытие и происхождение» . Субстанция . 1 (2). Издательство Университета Фирензе : 99–109. doi : 10.13128/Suportia-30 . Архивировано из оригинала 25 июня 2022 года. Версия PDF
- ^ Jump up to: а беременный Хорст Бернет (2002). "Азиновые красители". Энциклопедия промышленной химии Уллмана . Вейнхайм: Wiley-VCH. Doi : 10.1002/14356007.a03_213.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Jump up to: а беременный MacDiarmid, Alan G. (2001). « Синтетические металлы»: новая роль органических полимеров (Нобелевская лекция) ». Angewandte Chemie International Edition . 40 (14): 2581–2590. doi : 10.1002/1521-3773 (20010716) 40:14 <2581 :: AID-ANIE2581> 3.0.CO; 2-2 .
- ^ Letheby, H. (1862). «Xxix.-на производство синего вещества путем электролиза сульфата анилина» . Журнал химического общества . 15 : 161–163. doi : 10.1039/js8621500161 .
- ^ Jump up to: а беременный Праздник, WJ; Tsbububiclis, J.; Цена, KL; Greenendally, l.; Больше, EW (1996). «Синтез, обработка и свойства материала или конъюгатные полимеры». Полимер . 37 (22): 5017. Citeserx 10.1.19 5832 . doi : 10,1016/0032-3861 (96) 00439-9 .
- ^ Хуан, Ли-Мин; Чен, Ченг-Хоу; Вэнь, Ten-Chin (2006). «Развитие и характеристика гибких электрохромных устройств на основе полианилина и поли (3,4-этилендиокситиофена) -поли (стирол сульфоновая кислота)». Электрохимика Акта . 51 (26): 5858. DOI : 10.1016/j.electacta.2006.03.031 .
- ^ Вирджи, Шабнам; Хуанг, Цзиасинг; Канер, Ричард Б.; Weiller, Bruce H. (2004). «Полианилиновые газообразные датчики: исследование механизмов ответа». Нано буквы . 4 (3): 491. Bibcode : 2004nanol ... 4..491v . doi : 10.1021/nl035122e .
- ^ Хаммо, Шамиль М. (2012). «Влияние свойств кислого легирования на электрическую проводимость полинилина» . Tikrit Journal of Pure Science . 17 (2).
- ^ Чиан, JC; MacDiarmid, AG (1986). « Полианилин»: протоновая кислота легирование изумрудина формы к металлическому режиму ». Синтетические металлы . 1 (13): 193. doi : 10.1016/0379-6779 (86) 90070-6 .
- ^ MacDiarmid, Ag; Манохар, SK; Masters, JG; Солнце, Y.; Вайс, Х.; Эпштейн, AJ (1991). «Полианилин: синтез и свойства пернигранилина основания» . Синтетические металлы . 41 (1–2): 621–626. doi : 10.1016/0379-6779 (91) 91145-z .
- ^ Ćirić-marjanović, G. polyaniline Nanostructures, в наноструктурированных проводящих полимерах (Ed A. Eftekhari), 2010, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK. doi : 10.1002/9780470661338.CH2 PDF
- ^ Хуанг, Цзиасинг; Вирджи, Шабнам; Weiller, Bruce H.; Канер, Ричард Б. (2003). «Полианилиновые нановолокны: легкий синтез и химические датчики» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (2): 314–5. Citeseerx 10.1.1.468.6554 . doi : 10.1021/ja028371y . PMID 12517126 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2010 года.
- ^ Колла, Харша С.; Surwade, Sumedh P.; Чжан, Синью; MacDiarmid, Alan G.; Манохар, Санджив К. (2005). «Абсолютная молекулярная масса полианина» Журнал Американского химического общества 127 (48): 16770–1 Doi : 10.1021/ j055327k 16316207PMID
- ^ Jump up to: а беременный Wessling, Bernhard (2010). «Новое понимание морфологии и структуры полианилина органического металла» . Полимеры . 2 (4): 786–798. doi : 10.3390/polym2040786 .
- ^ Инь, XI; Chung, Hoon T.; Мартинес, Улисс; Лин, Лин; Artyushkova, Kateryna; Zelenay, Piotr (3 мая 2019 г.). «Катализаторы ORR без PGM, разработанные путем шаблона полимеров Panype, содержащих функциональные группы с высоким сродством к железу» . Журнал электрохимического общества . 166 (7): F3240 - F3245. Bibcode : 2019jels..166f3240y . doi : 10.1149/2.0301907jes . Ости 1512751 .
- ^ Кроули, К.; Моррин, А.; Эрнандес, а.; Omalley, E.; Уиттен, П.; Уоллес, Г.; Смит, М.; Киллард А. (2008-12-15). датчика аммиака с использованием наночастиц полианилиновых струйных печати» «Фабрари датчика газового Таланта 77 (2): 710–7 Doi : 10.1016/j.thank you.2008.07.0 ISSN 0039-9
- ^ Фишер, Кристина; Warmack, Bruce J.; Ю, Юнчао; Сколруд, Лидия Н.; Ли, Кай; Джоши, Дайлан С.; Сайто, Томонори; Aytug, Tolga (2021-04-19). «Все аэрозольные реактивные печатные печати высокочувствительные и селективные датчики аммиака на основе полианилина: маршрут к недорогим, низкомосковому обнаружению газа». Журнал материаловедения . 56 (22): 12596–12606. Bibcode : 2021jmats..5612596f . doi : 10.1007/s10853-021-06080-0 . ISSN 1573-4803 . Ости 1798595 . S2CID 233303736 .
