利用负离子表面活性剂SDS合成聚苯胺(2)
1.2 聚苯胺的结构
在高分子科学诞生以前，聚苯胺和它的前身苯胺黑己经被大家研究了十几年，但由于聚苯胺分子链间氢键作用非常强烈，使其绝大多数情况下表现出凝聚态的性质，不利于研究聚苯胺结构，经历了几次高潮和低谷，科学家不断地在更深的层次上，利用更有效的手段来认识聚苯胺的结构性质合成机理等。直到1987年，MacDiarmid[ ]才提出了广为接受熟知的苯式-醌式交替的结构模型。如图1-1所示，在上述结构模式中，左边是苯胺的苯式结构（还原单元），右边是苯胺的醌式结构（氧化单元）。其中Y值代表聚苯胺的氧化还原的程度。Y可以处于0和1的之间的任意值，并且当Y值处于0<Y<1的任一状态的时，可以采用质子酸进行掺杂，提高聚苯胺的导电性。不同的Y值对应不同的结构、组分、颜色和电导率：当Y=1时，为完全还原型（即全苯式结构），为淡翡翠绿；当Y=0时，为完全氧化型（即全醌式结构），为苯胺黑；当Y=0.5时，为半氧化半还原型（即“苯-醌”交替结构，苯醌比是3:1）,为翡翠绿。当且仅当此Y=0.5时，其导电率能达到最大值。
图1-1 聚苯胺的结构示意图
1.3 聚苯胺的合成方法
合成聚苯胺的方法很多，其中应用较为广泛的有两种即化学氧化聚合法和电化学聚合法。另外还包括有等离子聚合法、真空蒸镀法和光聚合法等。
1.3.1 化学氧化法
保持体系温度0-30℃的条件下，在存在有氧化剂的质子酸溶液中通过氧化剂引发苯胺氧化聚合，即为化学氧化法。化学氧化聚合主要包括溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、酶催化聚合、模板聚合等[ ]。常用的氧化剂有（NH4）2S2O8 ，K2Cr2O7，H2O2，FeCl3。化学氧化合成法具有实验步骤简单，设备简单、反应条件容易控制并且可以大批量合成等优点。其合成反应主要受反应过程质子酸的种类、浓度，反应过程中搅拌情况，氧化剂的种类、浓度、滴加速度，单体浓度和反应时间，反应温度等因素的影响。
1.3.2 电化学聚合
电化学合成法是在苯胺的电解质溶液中，恒电压或电势循环下，苯胺在阳极上发生氧化聚合，生成的聚苯胺产物沉积在电极表面，称作电化学合成。1980年Diaz首次成功的用电化学氧化聚合法制备出具有电活性的聚苯胺膜，人们对聚苯胺的电化学合成法和其电化学行为产生了浓厚的兴趣，进行了深入的研究。目前常用的电化学合成聚苯胺的方法主要有:动电位扫描法、恒电流法、恒电位法、脉冲极化法等。影响苯胺电化学聚合的因素有：电解质溶液的浓度和阴离子导电种类、PH值、电极材料、苯胺单体的浓度及其电化学聚合条件（如电压扫描速率、电流密度）等。电化学合成聚苯胺的优点是纯度较高；缺点是产量太少。
1.4 聚苯胺的性能及其应用
1.4.1 导电性能
事实上本征态的聚苯胺的导电率很低。类似于绝缘体，但是经过质子酸掺杂后，导电率可以大幅度的提高，甚至可以达到金属的水平。同时由于聚苯胺优良的掺杂机制，即可以通过加酸或碱，实现导体和绝缘体之间的可逆转变。因此聚苯胺可以作为一种优良的导电材料使用。例如用作导电涂料、导电胶、选择性透过膜等。
1.4.2 光学性能
导电聚苯胺具有π-共轭链结构，所以其在紫外-可见光都有强的吸收。当受到光强的辐射作用时，会产生电流，具有显著的光电转换效应。因此可以用作为太阳能电池、信息存贮、光开关、光计算机、发光二极管和非线性光学器件等。
1.5.3 电致变色性能
电致变色性能是在外加偏电压感应下，材料的光吸收或光散射特性的变化。并且这种颜色的变化并不会因为外加电场的移去而消失，而能完整保留下来。聚苯胺具有良好的电致变色性能，其电致变色效应与氧化还原反应和质子化过程（PH值）有关，仅在酸性条件下聚苯胺膜才能显示可逆的几种颜色的电致变色现象。利用这一特性，聚苯胺可以应用于新型仪器仪表显示、广告牌、军事伪装和智能窗等方面。