폴리아닐린

Polyaniline
환원된 [1]류코에메랄딘 베이스(LEB) 산화 상태의 폴리아닐린 사슬 국소 구조의 공간 충전 모델.

폴리아닐린(PANI)은 반플렉시블 로드 폴리머 패밀리의 전도성 폴리머 및 유기 반도체입니다.이 화합물은 전기 전도성과 기계적 특성 때문에 1980년대부터 관심을 받아왔다.폴리아닐린은 가장 많이 연구된 전도성 [2][3]고분자 중 하나이다.

역사적 발전

폴리아닐린은 19세기에 F에 의해 발견되었다.페르디난드 룽게 (1794–1867), 칼 프리체 (1808–1871), 존 라이트풋 (1831–1872) 그리고 헨리 레테비 (1816–1876)[4]가 있었다.라이트풋은 20년 전에만 분리되었던 아닐린의 산화를 연구했다.그는 아닐린 [5][6]블랙이라고 불리는 염료에 대한 최초의 상업적인 성공 경로를 개발했다.폴리아닐린의 첫 번째 최종 보고서는 1862년까지 발생하지 않았으며, 여기에는 소량의 아닐린을 [7]측정하기 위한 전기화학적 방법이 포함되어 있었다.

20세기 초부터 PANI의 구조에 대한 보고서가 가끔 발표되었습니다.

폴리아닐린의 구조(n+m = 1, x = 반도의 중합).

저렴한 아닐린으로부터 중합된 폴리아닐린은 세 가지 이상 산화 상태 [8]중 하나에서 찾을 수 있습니다.

  • 류코에메랄딘 – 흰색/맑고 무색(CHNH64)n
  • 에메랄딘 – 에메랄딘 염은 녹색, 에메랄딘 베이스는 파란색(CHNH64)[2CHN][CHN64]2n
  • (per) 니그라닐린 – 블루/바이올렛(CHN64)n

그림에서 x는 중합도(DP)의 절반입니다.n = 1, m = 0인 류코에메랄딘은 완전히 환원된 상태이다.페르니그라닐린은 아민 고리 대신 이민 고리를 가진 완전 산화 상태(n = 0, m = 1)이다.연구에 따르면 대부분의 폴리아닐린은 이들 성분의 세 가지 상태 또는 물리적 혼합물 중 하나이다.종종 에메랄딘 염기(EB)라고 불리는 폴리아닐린의 에메랄딘(n = m = 0.5) 형태는 중성이며, 도핑(증산)되면 에메랄딘 소금(ES)이라고 하며, 이미네 니트로겐은 산에 의해 양성자화된다.양성자화는 그렇지 않으면 갇힌 디미노퀴논-디아미노벤젠 상태를 탈국소화하는 데 도움을 준다.에메랄드 염기는 상온에서 높은 안정성과 산 도핑 시 생성되는 에메랄드 소금 형태의 폴리아닐린이 고도로 전기적으로 [6]전도된다는 점 때문에 폴리아닐린의 가장 유용한 형태로 여겨진다.류코에메랄딘과 페르니그라닐린은 산을 투여해도 전도성이 떨어진다.

서로 다른 산화 상태의 폴리아닐린과 관련된 색상 변화는 센서 및 전자크롬 [9]장치에 사용될 수 있습니다.폴리아닐린 센서는 일반적으로 다른 산화 상태 또는 도핑 [10]수준 사이의 전기 전도율 변화를 이용합니다.에메랄딘을 산으로 처리하면 전기 전도율이 최대 10배 향상됩니다.비도프 폴리아닐린은 6.28×10−9 S/m의 전도율을 가지며, 4.60×10−5 S/m의 전도율은 4% HBr로 [11]도핑하여 달성할 수 있다.류코에메랄딘의 산화로 동일한 물질을 제조할 수 있다.

합성

폴리아닐린을 생성하는 합성 방법은 매우 간단하지만, 중합 메커니즘은 아마도 복잡할 것이다.류코에메랄딘의 형성은 다음과 같이 설명할 수 있으며, 여기서 [O]는 일반 [12]산화제이다.

n652 CHNH + [O] → [CHNH64]n + HO2

일반적인 산화제는 1M 염산의 과황산암모늄이다(기타 산을 사용해도 좋다).폴리머는 마이크로미터 크기의 미립자와 함께 불안정한 분산으로 침전됩니다.

(Per) 니그라닐린은 에메랄딘 염기를 [13]과산으로 산화하여 제조된다.

{[C6H4NH]2[CHN64]}2n + RCOH3 → [CHN64]n + HO2 + RCOH2

처리.

폴리아닐린 나노 구조의 합성은 용이하다.[14]

계면활성제 도판트를 사용하면 폴리아닐린을 분산시킬 수 있어 실용화에 도움이 된다.폴리아닐린 나노 파이버의 대량 합성은 광범위하게 [15]연구되어 왔다.

에메랄딘 베이스 형성을 위한 다단계 모델을 제안한다.반응의 제1단계에서는 페르니그라닐린 PS염 산화 상태가 형성된다.제2단계에서는 아닐린 단량체가 라디칼 [8]양이온으로 산화됨에 따라 페르니그라닐린이 에메랄드염으로 환원된다.세 번째 단계에서 이 래디칼 양이온은 ES염과 결합한다.이 과정은 절대 몰 질량을 결정할 수 있는 빛 산란 분석에 따라 이루어질 수 있다.첫 번째 단계의 한 연구에 따르면 최종 폴리머의 DP가 319일 때 265의 DP에 도달한다.최종 고분자의 약 19%는 반응 [16]중에 형성되는 아닐린 래디칼 양이온으로 구성되어 있다.

폴리아닐린은 일반적으로 공급자와 합성 경로에 따라 긴 사슬 고분자 집합체, 계면활성제(또는 도판트) 안정화 나노입자 분산 또는 안정제 미사용 나노섬유 분산의 형태로 생산됩니다.계면활성제 또는 도판트 안정화 폴리아닐린 분산제는 1990년대 [17]후반부터 상업적으로 판매되고 있다.

잠재적인 응용 프로그램

주요 용도는 프린트 회로 기판 제조입니다. 즉, 매년 수백만 m 단위로2 사용되는 최종 마감, 정전기 방지 및 ESD 코팅, 부식 [5][17]방지입니다.폴리아닐린 및 그 유도체는 고온 열처리에 [18]의한 N-도프 탄소물질 제조의 전구체로도 사용된다.인쇄된 에메랄딘 폴리아닐린 기반 센서는 일반적으로 스크린, 잉크젯[19] 또는 에어로졸[20] 제트 인쇄를 통해 장치를 제작하는 광범위한 용도로도 많은 주목을 받고 있습니다.

레퍼런스

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