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Polyaniline à base d'eucalyptine, en tant que polyaniline intrinsèque, possède un squelette moléculaire composé d'unités alternées uniques quinone-benzènediamine, présentant un éclat métallique allant du vert émeraude au bleu foncé. La caractéristique la plus remarquable de cette forme réside dans son effet de commutation moléculaire dopé à l'acide protonique : lorsqu'ils sont exposés à l'acide protonique, les anneaux quinone de la chaîne moléculaire subissent une protonation réversible, et le réarrangement du nuage électronique conduit à la transformation de la structure quinone en structure benzénique, formant instantanément des niveaux d'énergie polarisés dans la bande interdite, et la conductivité électrique peut passer d'un état isolant de 10^-10 S/cm à un état semi-conducteur de 1-10 S/cm. Ce mécanisme de dopage unique n'implique pas de modification du nombre d'électrons de la chaîne principale, mais peut réaliser une transition isolant-conducteur simplement en changeant l'environnement acido-basique, ce qui en fait un matériau idéal pour les capteurs chimiques. Les atomes d'azote imine sur la chaîne moléculaire peuvent non seulement se combiner avec des protons mais également se coordonner avec des ions métalliques, ce qui leur confère la capacité de capturer les ions de métaux lourds. Dans le domaine de la prévention de la corrosion, son potentiel rédox se situe précisément dans la plage de passivation du métal et peut induire la formation d'une couche d'oxyde dense sur la surface de l'alliage par transfert de charge. Ce matériau présente également une excellente stabilité environnementale et une excellente aptitude au traitement en solution. Grâce au dopage acide fonctionnalisé, son hydrophilie et sa structure de bande peuvent être davantage régulées, démontrant un grand potentiel dans l'électronique flexible, le blindage électromagnétique et les revêtements intelligents.
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Formule chimique |
Li2O |
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Masse exacte |
30 |
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Poids moléculaire |
30 |
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m/z |
30 (100.0%), 29 (16.4%) |
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Analyse élémentaire |
Li, 46h45 ; Ô, 53.55 |
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Polyaniline base émeraudeest un composé polymère doté de propriétés électriques et optiques particulières, qui peut présenter des propriétés de conductivité et électrochimiques après dopage. Il a un large éventail d'applications, notamment les matériaux conducteurs, les capteurs, les appareils électroniques, les appareils optiques et les cellules solaires.
peinture
Le revêtement de polyaniline, également connu sous le nom de revêtement, est une méthode de revêtement mécanique utilisée pour former un film anti-corrosion de polyaniline uniforme et complet sur la surface de métaux tels que l'acier laminé à froid, l'acier à faible teneur en carbone, l'aluminium, le cuivre, etc. Son mécanisme anti-corrosion consiste à passiver le métal, à former une couche d'oxyde protectrice sur la surface du métal et à appliquer un revêtement approprié pour provoquer la migration du potentiel de corrosion, réduisant ainsi le taux de corrosion du métal. De plus, en raison de ses nombreux avantages tels que la disponibilité facile des matières premières, la synthèse simple, l'absence de pollution et la légèreté, il est considéré comme une nouvelle génération de revêtements anticorrosion à haute -efficacité-écologiquement acceptables.
Cependant, le PAn est difficile à traiter et est insoluble dans les solvants organiques conventionnels. La polyaniline pure a une mauvaise adhérence aux métaux, est coûteuse et a une faible utilisation, ce qui pose certains obstacles dans son application pratique. Les gens utilisent généralement la polyaniline comme additif dans les revêtements anti-corrosion pour former des revêtements anticorrosion-à base de polyaniline. Les revêtements de polyaniline peuvent être classés en trois types en fonction de leurs substances : les revêtements de polyaniline simples, les revêtements avec de la polyaniline comme apprêt et les revêtements mélangés de polyaniline et de revêtements traditionnels.
En 1985, Deberry a découvert que le film de polyaniline électrodéposé sur l'acier inoxydable pouvait réduire considérablement le taux de corrosion de l'acier inoxydable en solution d'acide sulfurique. En fait, il s’agissait d’un seul revêtement de polyaniline, où l’aniline était directement déposée sur la surface de l’électrode métallique par réaction de polymérisation électrochimique en solution acide pour obtenir un revêtement de polyaniline. Mais cette méthode est difficile à appliquer à des composants métalliques de plus grande taille.
Le revêtement d'apprêt en polyaniline fait référence à l'application de polymères traditionnels comme couches de finition sur les revêtements de polyaniline, formant un revêtement composite avec de la polyaniline.
Son avantage est qu'il n'est pas nécessaire de prendre en compte la dispersibilité de la polyaniline dans le revêtement, et chaque revêtement joue son propre rôle. Les performances anti--corrosion sont la somme de ces effets, et la couche de finition fournit généralement une protection physique. L'équipe de recherche conjointe de Los Alamos et de la NASA aux États-Unis a découvert pour la première fois que la polyaniline peut être utilisée comme revêtement résistant à la corrosion-pour l'acier au carbone moyen.
Le revêtement à base de polyaniline et de mélange de revêtements traditionnels fait référence au processus de mélange de poudre de polyaniline avec des substances filmogènes de revêtement conventionnelles (telles que la résine époxy, la résine alkyde, etc.) et de leur application pour obtenir un revêtement anti-corrosion à base de polyaniline. Cette méthode est la méthode la plus couramment utilisée pour étudier les performances et le mécanisme anticorrosion de la polyaniline. Il est différent des revêtements avec de la polyaniline comme apprêt, et les performances anti-corrosion du revêtement sont le résultat des interactions organiques de chaque composant. La polyaniline à base d'émeradine peut être utilisée non seulement pour les revêtements anti-corrosion, mais également pour la préparation de revêtements de protection contre les interférences électromagnétiques (EMI) et de revêtements anti-statiques.
La conductivité des polymères permet aux revêtements de passiver les zones métalliques exposées, tandis que le principe du blindage EMI consiste à utiliser des matériaux conducteurs à faible résistance et à utiliser la réflexion des ondes électromagnétiques sur la surface du conducteur de blindage, l'absorption à l'intérieur du conducteur et la perte pendant la transmission pour entraver leur propagation. Lorsque le PAn conducteur est utilisé comme matériau conducteur, il peut dans une certaine mesure résoudre les inconvénients des charges conductrices métalliques coûteuses, à haute -densité et facilement oxydées ou corrodées. Quelqu'un a préparé des revêtements de protection EMI en encapsulant des matériaux à base de carbone avec du PAn conducteur comme composant conducteur principal et de la résine thermoplastique comme substance filmogène principale-.
Le mécanisme anti-corrosion de la polyaniline n'est pas encore clair et les chercheurs ont proposé de nombreuses théories, notamment le mécanisme de blindage, le mécanisme de champ électrique, le mécanisme de revêtement bipolaire, le mécanisme d'adsorption, le mécanisme de protection anodique, le mécanisme d'inhibition de la corrosion des ions dopants et le mécanisme de protection cathodique. On peut confirmer que lors de la transition des états d'oxydation, le potentiel d'oxydoréduction-de la polyaniline est bien supérieur à celui des métaux, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles la polyaniline a la capacité de résister à la corrosion des métaux.
La polyaniline a des structures entièrement oxydées (LEB) et semi-oxydées (EB) lorsque la valeur du pH environnemental est supérieure ou égale à 7. Ces deux structures de polyaniline ne jouent qu'un rôle d'isolation mécanique dans le processus de protection des métaux, similaire à la forme de protection de revêtement non métallique sur les surfaces métalliques.
Lorsque la polyaniline présente des défauts sur la surface métallique, elle n’assure pas de protection à cette zone ; Lorsque la valeur du pH environnemental de la polyaniline est inférieure à 7, la structure de la polyaniline change et forme la forme sel de polyaniline (ES). À l’heure actuelle, la polyaniline a une bonne conductivité et une bonne activité électrochimique. Cette forme de polyaniline a non seulement un effet d'isolation mécanique dans la protection des métaux, mais a également un certain effet de passivation catalytique.
Lorsque la polyaniline sur la surface métallique est endommagée, elle agit comme un agent de passivation catalytique sur la zone affectée, provoquant la réaction d'oxydation anodique de la partie métallique exposée du revêtement de polyaniline endommagé dans des conditions acides, rétablissant rapidement la couche de passivation de surface.
Quelqu'un a utilisé un matériau de revêtement composite de polyaniline/polyméthacrylate de méthyle pour détecter l'ammoniac gazeux à faible concentration. Sur la base de la conductivité différente du matériau composite, la concentration limite d'ammoniac gazeux peut être détectée dans la plage de (10-4000) × 10-6. Et lorsque l'azote est ajouté, la conductivité et la transmission du revêtement composite peuvent rapidement revenir à leur état initial, permettant ainsi une utilisation cyclique.
batterie
La polyaniline présente les caractéristiques d'une capacité élevée à stocker des charges, d'une bonne stabilité à l'oxygène et à l'eau, de bonnes performances électrochimiques, d'une faible densité et de propriétés d'oxydation/réduction réversibles. Il peut être utilisé à la fois comme matrice conductrice et comme matériau actif dans les électrodes composites, et a été utilisé comme matériau d'électrode dans les batteries au lithium polymère et les cellules solaires.
La batterie en plastique faite depolyaniline à base d'émeraudeest non seulement léger, mais possède également une efficacité coulombienne de plus de 95 %. Sa densité énergétique théorique peut atteindre plus de 500Wh/kg, soit plusieurs fois celle des batteries au plomb-acide (184Wh/kg). Les batteries au lithium polymère, également connues sous le nom de batteries lithium-ion utilisant des composites PAn et PAn comme matériaux d'électrode, utilisent principalement la réversibilité du dopage/dédopage des composites PAn dans le processus de réaction d'électrode pour réaliser des réactions redox et compléter le processus de charge et de décharge de la batterie. Cette batterie a une densité énergétique élevée et résout le problème de la sélection limitée de matériaux d'électrode positive dans les batteries lithium-ion traditionnelles.
Les nanofibres PAn/V2O5 ont été préparées par la méthode des micelles inverses et utilisées comme matériaux cathodiques pour les batteries secondaires au lithium-ion, et leurs propriétés électrochimiques ont été étudiées. Les résultats ont montré que les nanofibres composites ont de meilleures performances de cyclage que les nanofibres V2O5 et que l'utilisation de matériaux carbonés au lieu du lithium métallique comme électrode négative des batteries peut remplacer les réactions de dépôt et de dissolution du lithium métallique sur l'électrode, évitant ainsi le problème de la formation de dendrites de lithium sur la surface de l'électrode négative, conservant les avantages de la haute tension et de l'énergie spécifique élevée des batteries au lithium, et améliorant considérablement la durée de vie et les performances de sécurité des batteries.
Le mécanisme de base des cellules solaires polymères est principalement basé sur l'effet photovoltaïque de la jonction p-n du semi-conducteur, ce qui signifie que sous l'irradiation de la lumière, les paires d'électrons-trous générées à l'intérieur du semi-conducteur sont séparées et génèrent une force électromotrice sous l'action du champ électrostatique. Les cellules solaires polymères présentent les avantages d'une préparation et d'une purification faciles, d'un traitement facile, d'un faible coût, d'une modification chimique en fonction des besoins, d'une tension de circuit ouvert élevée et de la capacité de produire des dispositifs flexibles de grande surface grâce à des matériaux semi-conducteurs polymères.
Absorbeur
Le principe d'absorption des matériaux absorbants est d'absorber ou d'atténuer les ondes électromagnétiques incidentes et de convertir l'énergie électromagnétique en énergie thermique ou en d'autres formes d'énergie pour la dissipation. La polyaniline est un type de matériau absorbant les pertes électriques et ses performances d'absorption sont étroitement liées à sa constante diélectrique, sa conductivité et d'autres propriétés. Parmi eux, PAn possède un système à deux électrons conjugués, sa conductivité peut varier entre les isolants, les semi-conducteurs et les métaux.
Et il présente les caractéristiques de conception et de synthèse moléculaires, de structure diversifiée, de faible densité, de large bande d'absorption, de paramètres électromagnétiques réglables, de traitement composite facile, etc., ce qui évite les défauts de mauvaises performances des matériaux métalliques magnétiques absorbant les micro-ondes tels que l'anti-vieillissement, la résistance aux acides et aux alcalis, les caractéristiques spectrales, etc. Mais le PAn a une forte rigidité inter-chaînes et une fragilité élevée, qui peuvent être améliorées en le mélangeant.
Quelqu'un a préparé des PAn/MMTNC dopés au DBSA, qui présentent des performances d'absorption des micro-ondes dans la plage de 2-18 GHz. La perte de réflexion est inférieure à -10 dB dans la plage de 13 à 14 GHz et la perte de réflexion maximale à 13 GHz est de -10,3 dB. Les États-Unis et d’autres pays l’ont déjà utilisé comme matériau de chauffage à longue distance pour la technologie de soudage du plastique des navettes spatiales. Le composite polyaniline a également été utilisé pour fabriquer des matériaux absorbant les radars avec transparence optique, qui ont été pulvérisés sur les fenêtres optiques transparentes des couvercles de cockpit d'avion et des armes à guidage de précision pour affaiblir les échos radar des cibles.
Cependant, il est difficile pour le PAn de répondre simultanément aux caractéristiques d’adaptation d’impédance et de forte absorption, mais cela peut être obtenu en combinant le PAn avec des particules magnétiques ayant des propriétés d’absorption des pertes magnétiques. Par exemple, lorsque des cristaux nano NiFe2O4 sont ajoutés à un système mixte de PAN et de paraffine, le mélange composite de poudres de PAn/NiFe2O4 et de paraffine présente à la fois une perte diélectrique et une perte magnétique dans la plage de fréquences de test, et ses performances d'absorption des micro-ondes dans le système mixte sont supérieures à celles lorsque le PAN est ajouté seul.
capteur
En raison de son excellente conductivité, le PAn peut être utilisé comme « fil moléculaire » pour transférer directement des électrons entre les substances bioactives et les électrodes, améliorant ainsi considérablement les caractéristiques de réponse des biocapteurs et créant ainsi des biocapteurs de troisième-génération sans médiateurs. De plus, en dopant différents anions au cours du processus de synthèse, il peut être utilisé pour détecter différents objets analytiques. Quelqu'un a assemblé un biocapteur sélectif de dopamine en utilisant la méthode de revêtement de gouttelettes, qui peut détecter la dopamine à une concentration de 1/5 000 de la concentration de vitamine C en neutre.
Certaines personnes ont utilisé les propriétés de changement de couleur de la polyaniline pour détecter le rayonnement C- et ont déterminé la relation fonctionnelle entre la dose de rayonnement et le spectre d'absorption en mesurant le spectre d'absorption UV visible des films de polyaniline exposés à différentes doses de rayonnement.
Fibre conductrice
La préparation de fibres conductrices à l'aidepolyaniline à base d'émeraudea non seulement une conductivité excellente et durable-, mais ajuste également facilement la conductivité des fibres en modifiant la concentration d'acide dopant, ce qui est une excellente propriété que les autres fibres ne possèdent pas. Le mélange d'une très petite quantité de fibres conductrices dans des fibres ordinaires peut conférer aux produits fibreux des propriétés anti-statiques suffisantes, et les propriétés anti-statiques ne seront pas affectées par l'humidité environnementale. Quelqu'un a oxydé et dopé les fibres, ce qui a donné des fibres conductrices avec une résistance spécifique de 1,05 × 10-2 Ω cm.
Foire aux questions
La polyaniline peut-elle conduire l’électricité ?
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La polyaniline (PANI) est un polymère en tige semi-flexible quiconduit l'électricité. PANI a une structure conjuguée qui induit une conductivité dans un état dopé, où les dopants sont généralement des acides, offrant la conductivité PANI.
Quel est le pH de la polyaniline ?
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De fines couches de polyaniline conviennent pour mesurer optiquement le pH compris entre 2 et 12 dans la région proche infrarouge.. Le dépôt de telles couches est fortement facilité par l'utilisation de polyaniline transformable en solution. Des effets d'hystérésis jusqu'alors non pris en compte sont observés dans les courbes de titrage.
La polyaniline est-elle soluble dans l’eau ?
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La polyaniline pure (PAni) est insoluble dans l'eau. Des complexes hydrosolubles de PAni avec différents dérivés de cellulose ont été synthétisés avec succès en utilisant la polymérisation par oxydation chimique de l'aniline dans une solution aqueuse de dérivés de cellulose.
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